Az elméleti fizika a fizika olyan ága, amely matematikai modelleket és fizikai objektumok és rendszerek absztrakcióit alkalmazza a természeti jelenségek ésszerűsítése, magyarázata és előrejelzése érdekében. Ez ellentétben áll a kísérleti fizikával, amely kísérleti eszközökkel vizsgálja ezeket a jelenségeket.
A tudomány fejlődése általában a kísérleti tanulmányok és az elmélet kölcsönhatásától függ. Bizonyos esetekben az elméleti fizika betartja a matematikai szigorúság normáit, miközben kevés súlyt ad a kísérleteknek és a megfigyeléseknek. Például a speciális relativitáselmélet fejlesztése közben Albert Einstein foglalkozott a Lorentz-transzformációval, amely változatlanul hagyta Maxwell egyenleteit, de nyilvánvalóan nem volt érdekelt a Michelson – Morley kísérletben, amely a Föld fénycsöves éteren keresztüli sodródásával járt. [Idézet szükséges] Ezzel szemben Einstein Nobel-díj a fotoelektromos hatás magyarázatáért, korábban kísérleti eredmény hiányzott elméleti megfogalmazásból.