Teoretska fizika je grana fizike koja koristi matematičke modele i apstrakcije fizičkih predmeta i sustava za racionalizaciju, objašnjenje i predviđanje prirodnih pojava. To je za razliku od eksperimentalne fizike koja koristi eksperimentalne alate za ispitivanje ovih pojava.
Napredak znanosti općenito ovisi o međuodnosu eksperimentalnih studija i teorije. U nekim se slučajevima teorijska fizika pridržava standarda matematičke strogosti, a pokusima i promatranjima daje malu težinu. Na primjer, dok je razvijao posebnu relativnost, Albert Einstein bio je zabrinut za Lorentzovu transformaciju koja je Maxwellove jednadžbe ostavila nepromjenjivim, ali očito je bio nezainteresiran za Michelson-Morleyev eksperiment o Zemljinom zanosu kroz svjetleći eter. [Citat je potreban] Suprotno tome, Einsteinu je dodijeljena Nobelova nagrada za objašnjenje fotoelektričnog efekta, prethodno eksperimentalni rezultat kojem je nedostajala teoretska formulacija.