Теоретичната физика е клон на физиката, който използва математически модели и абстракции на физически обекти и системи за рационализиране, обяснение и прогнозиране на природните явления. Това е за разлика от експерименталната физика, която използва експериментални инструменти за изследване на тези явления.
Напредъкът на науката обикновено зависи от взаимодействието между експерименталните изследвания и теорията. В някои случаи теоретичната физика се придържа към стандартите на математическа строгост, като същевременно придава малко значение на експериментите и наблюденията. Например, докато развива специална теория на относителността, Алберт Айнщайн се занимава с трансформацията на Лоренц, която оставя уравненията на Максуел инвариантни, но очевидно не се интересува от експеримента на Майкълсън-Морли върху дрейфа на Земята през луминиферен етер. [Цитиране е необходимо] Обратно, Айнщайн получава Нобелова награда за обяснение на фотоелектрическия ефект, преди това експериментален резултат без теоретична формулировка.