Fizik, maddeyi, maddenin uzay-zaman içinde hareketini, enerji ve kuvvetleri inceleyen doğa bilimi. Fizik, Temel Bilimler'den biridir. Temel amacı evrenin işleyişini araştırmaktır. Fizik en eski bilim dallarından biridir. 16. yüzyıldan bu yana kendi sınırlarını çizmiş modern bir bilim olmasına karşın, Bilimsel Devrim'den önce iki bin sene boyunca felsefe, kimya, matematik ve biyolojinin belirli alt dalları ile eş anlamlı olarak kullanılmıştır. Buna karşın, matematiksel fizik ve kuantum kimyası gibi alanlardan dolayı fiziğin sınırlarını net olarak belirlemek güçtür.
Mekanik, fiziğin fiziksel nesnelerin hareketleriyle, özellikle kuvvet, madde ve hareket arasındaki ilişkilerle ilgili alanıdır. Nesnelere uygulanan kuvvetler yer değiştirmeler veya bir nesnenin çevresine göre konumunda değişikliklerle sonuçlanır. Fizik'in bu dalının kökenleri Antik Yunanistan'da Aristoteles ve Arşimet'in yazılarında bulunur.. Erken modern dönem sırasında, Galileo, Kepler ve Newton gibi bilim adamları şimdiki klasik mekaniğin temellerini attılar. Klasik mekanik, duran veya ışık hızından çok daha düşük hızlarla hareket eden cisimlerle ilgili klasik fizikin bir dalıdır. Kuantum aleminde olmayan cisimlerin hareketini ve üzerindeki kuvvetleri inceleyen bilim dalı olarak da tanımlanabilir. Alan bugün kuantum teorisi açısından daha az anlaşılmıştır.
Elektromanyetizma, elektrikle yüklü parçacıklar arasındaki etkileşime neden olan fiziksel kuvvet'tir. Bu etkileşimin gerçekleştiği alanlar, elektromanyetik alan olarak tanımlanır. Doğadaki dört temel kuvvetten biri, elektromanyetizmadır. Diğer üçü; güçlü etkileşim, zayıf etkileşim ve kütleçekim kuvvetidir.
Spin ya da dönü, temel parçacıklar ve dolayısıyla bileşik parçacıklar (hadronlar) ve atom çekirdeklerince taşınan korunan bir niceliktir.
Fizik felsefesi, klasik ve modern fiziğin içerisindeki teori ve yorumları inceleyen bir bilim felsefesi dalıdır. Fizik teorileri ve yorumlarından yola çıkarak sorduğu sorularla çeşitli cevaplara ulaşmayı amaçlamaktadır. Uzay ve zaman felsefesi, kuantum mekaniği felsefesi, termal ve istatistiksel felsefe gibi alt dallara ayrılmaktadır.
Kuantum mekaniği veya kuantum fiziği, atom altı parçacıkları inceleyen bir temel fizik dalıdır. Nicem mekaniği veya dalga mekaniği adlarıyla da anılır. Kuantum mekaniği, moleküllerin, atomların ve bunları meydana getiren elektron, proton, nötron, kuark, gluon gibi parçacıkların özelliklerini açıklamaya çalışır. Çalışma alanı, parçacıkların birbirleriyle ve ışık, x ışını, gama ışını gibi elektromanyetik ışınımlarla olan etkileşimlerini de kapsar.
Alan, fizik kuramlarında kullanılan, matematikteki cebirsel alanın tüm özelliklerini taşıyan terim. Genellikle bu etki 100 nanometre ve daha küçük skalalarda etkili olur. Bu etki nanoteknolojiyle aynı ölçeğe denk gelir. Bir alan mekan ve zaman içinde her bir nokta için bir değeri olan bir fiziksel miktardır. Örneğin, hava durumu, rüzgâr hızı uzayda her nokta için bir vektör atayarak tarif edilmektedir. Her bir vektör bu noktada hava hareketinin hızını ve yönünü temsil eder.
Kuantum Alan Teorisi (METATEORİ); Klasik Birleşik Alan (KAT) Teorilerini, Özel Görekliliği (SRT), Kuantum mekaniği (KM) teorilerini tek bir teorik çerçeve altında toplayan bir üst teoridir.
Kuantum kütleçekim kuramsal fiziğin bir dalı olup doğanın temel kuvvetlerinden üçünü tanımlayan kuantum mekaniği ile dördüncü temel kuvveti kütleçekimin kuramı olan genel göreliliğini birleştireceği düşünülen bir kuramdır.
Kopenhag yorumu, genel olarak fizikçi Niels Bohr'un oluşturduğu kuantum mekaniği ile ilgili görüşler ve ilkeler dizisi. Makro ve mikro durumların ayrı fiziksel ilkelerle inceleneceğini belirtir. Fizikte gözlemin rolünü öne çıkarmasıyla bir devrim niteliğindedir.
Kuantum Kimyası diğer adıyla Yeni Nicem, Kuantum mekaniğinin atom ve moleküllere uygulanması ile ilgilenen Kimya altdalıdır. Temel bir dal, yani saf Kimya olan Kuantum Mekaniği'nin bir uygulaması olduğundan uygulamalı Kimya dalı olarak değerlendirilebilir. Kuantum Kimyası'nda Schrödinger, Dirac, vb dalga denklemlerinin çözümüyle ilgilenilir. Ancak genellikle en çok tercih edilen, EM alan yokluğunda, spinsiz ve rölativistik olmayan Schrödinger denkleminin çözümüdür. Tek elektronlu sistemler dışında Schrödinger denklemi analitik olarak çözülemediğinden, çok elektronlu sistemler için nümerik çözümler yapılır. Kuantum Kimyası'nda bu nümerik çözümleri yapmak üzere çeşitli yöntemler vardır. Bunlar;
- Sıfırdan teorik yöntemler
- Yarı-ampirik yöntemler
- Yoğunluk fonksiyoneli yöntemleri
Kuantum bilgisayarı veri üzerinde işlem yapmak için bindirme ve dolaşma gibi kuantum-mekanik fenomenin doğrudan kullanımını sağlayan teorik hesaplama sistemlerini kullanan bilgisayarlardır.
Kuantum mekaniğinin farklı yorumlarından Von Neumann yorumuna göre, dalga fonksiyonunun çökmesi için fizik dışından yeni bir sürecin dünyaya girmesi gerekir. Buna göre dünya, herhangi bir bilinçli zihnin dünyanın bir bölümünü her zamanki belirsiz durumundan gerçek var olma durumuna yükseltmeye karar vermesi dışında, her yerde saf olasılıklar durumunda kalır.
Klasik fizik tamamlanmış veya uygulanabilir olan fiziğin, eski tarihlerde düşünülmüş modern teorilerle ilgilenir. Şu an kabul edilmiş bir teori modern sayılıyorsa ve o teorinin giriş cümlelerinde başlıca paradigma değişiminden bahsediliyorsa, eski teorilere genellikle “klasik” denilir. Bir klasik teorinin tanımı aslında içeriğine bağlıdır. Klasik fizik kavramı, modern fizik için fazlasıyla karmaşık olan belirli durumlarda kullanılır.
Kuantum optiği yarı klasik ve kuantum mekaniği fiziğini kullanarak ışığı içeren olayları ve onun mikroskobik seviyelerdeki maddelerle etkileşimini inceler.
Atomik, moleküler ve optik fizik, bir ya da birkaç atomun ölçeğinde, madde-madde ve ışık-madde etkileşimi çalışmadır ve enerji, birkaç elektron voltları etrafında ölçeklenir. Üç alanla yakından ilişkilidir. AMO teorisi, klasik, yarı klasik ve kuantum işlemlerini kapsar. Tipik olarak, teori ve emisyon uygulamaları, elektromanyetik yayılım ve emilme, spektroskopi analizi, lazer ve mazerlerin kuşağı ve genel olarak maddenin optik özellikleri, uyarılmış atom ve moleküllerden, bu kategorilere ayrılır.
Parçacık fiziğinde, kuantum alan teorisinin tarihi, 1920’lerin sonlarında elektromanyetik alanın kuantizesiyle çalışan Paul Dirac tarafından oluşturulması ile başlar. Teorideki başlıca gelişmeler 1950’lerde gerçekleşti ve bu gelişmeler kuantum elektrodinamiğinin (KED) başlangıcına neden oldu. KED çok başarılıydı ve “doğaldı”, çünkü aynı temel kavramları doğanın diğer kuvvetlerinde kullanılabilmek için yapılan denemeleri içeriyordu. Bu denemeler, parçacık fiziğinin modern standart modelini üreten güçlü ve zayıf nükleer kuvvetleri ayar kuramının uygulamasında başarılı olmuştu.
Hesaplamalı kimya, kimya problemlerini çözmeye yardımcı olmak için bilgisayar simülasyonunu kullanan bir kimya dalıdır. Moleküllerin, katıların yapı ve özelliklerini hesaplamak için verimli bilgisayar programlarına dahil edilmiş teorik kimya yöntemlerini kullanır. Bu yöntemlerin kullanılmasının nedeni, hidrojen moleküler iyonu ile ilgili nispeten yeni sonuçlar dışında, kuantum çok-gövdeli(many-body) problemlerin analitik olarak çözülemez oluşudur. Hesaplama sonuçları normal olarak kimyasal deneylerle elde edilen bilgileri tamamlarken, bazı durumlarda gözlemlenmeyen kimyasal olayları da tahmin edebilmektedir. Yeni ilaç ve materyallerin tasarımında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Matris mekaniği, 1925 yılında Werner Heisenberg, Max Born ve Pascual Jordan tarafından oluşturulan kuantum mekaniğinin bir formülasyonudur.
Kuantum termodinamiği, iki bağımsız fiziksel teori olan termodinamik ve kuantum mekaniği arasındaki ilişkilerin incelenmesidir. Bu iki bağımsız teori, ışık ve maddenin fiziksel olaylarını ele alır. 1905'te Albert Einstein, 
formülünü elde ederek, termodinamik ve elektromanyetizma arasındaki tutarlılık gereksinimi dolayısıyla ışığın kuantumlanıyor olması gerektiği sonucuna vardı. Einstein'ın bu durumu ortaya koyduğu makale, kuantum teorisinin şafağıdır. Kuantum teorisi, Einstein'ın makalesinin yayımlanmasını takip eden birkaç on yıl içerisinde bağımsız bir dizi kuralla kabul gören bir teori hâline geldi. Kuantum termodinamiği, kuantum mekaniğinden termodinamik yasaların ortaya çıkışını ele almaktadır. Termodinamik dengede bulunmayan dinamik süreçleri ele alışında, istatistiksel kuantum mekaniğinden farklılık gösterir. Buna ek olarak, kuantum termodinamiği teorisinin tek başına bir kuantum sistemine uygulanabilir olması için bir arayış vardır.