Fizika nodarbojas ar materiālās pasaules pašiem fundamentālākajiem jautājumiem – par Visuma izcelsmi un tā izplešanos no Lielā sprādziena līdz mūsdienām; par to, kādēļ fundamentālie spēki dabā ir tieši tādi, kādi tie ir, un kādēļ fundamentālo fizikas konstanšu (elektrona lādiņa, gaismas ātruma, Planka konstantes u. c.) vērtības ir tieši tādas, kādas tās ir. Fizika pārklāj visus vielas mērogus, sākot no makroskopiskajiem līdz submikroskopiskajiem. Tā nodarbojas ne tikai ar objektu mijiedarbību noteiktu spēku darbības ietekmē, bet risina arī jautājumus par šo fundamentālo mijiedarbību izcelsmi. Fizikas mērķis ir vispārīgu principu meklēšana, kas apvieno dažādu materiālās pasaules parādību skaidrojumu vienotos priekšstatos. Fizikas pētāmo jautājumu loks nereti tuvojas filozofijā diskutētiem jautājumiem.

Fizika ir viena no vecākajām zinātņu nozarēm. Tās pirmsākumu atrašana nav vienkārša, un tas, ko mēs uzskatām par fizikas pirmsākumiem, atkarīgs no viedokļa, kas īsti ir fizika un ar ko tā nodarbojas. Mūsdienu fizikā var rast līdzību pieejai, kas veidojās Senajā Babilonijā, Indijā un Ēģiptē, kad dabas skaidrošanā tika lietota matemātika. Taču šajos pirmsākumos dabas skaidrošana bija pakārtota priekšstatiem, ka lietu kārtību materiālajā pasaulē var mainīt dažādas dievības pēc savas iegribas. Daudz tuvāki mūsdienu fizikas priekšstatiem bija Senās Grieķijas filozofu uzskati. Lai gan tie joprojām balstījās filozofiskās pārdomās par dabu, to pamatā bija mūsdienu fizikai līdzīgi jautājumi. Piemēram, no kādiem pirmelementiem veidota materiālā pasaule vai kādi vispārīgie, fundamentālie likumi nosaka šo pirmelementu mijiedarbību. Tomēr sengrieķu filozofu pieeja dabai bija balstīta spekulatīvās pārdomās. Bija jāpaiet daudziem gadu simtiem, līdz fizika nonāca līdz mūsdienu pieejai, kas balstās pieņēmumā, ka fizikas teorijām jābūt praktiski, eksperimentāli pārbaudāmām. Šī eksperimentos balstītā pieeja dabas izpētei kā apzināta metode veidojās laikā, ko sauc par zinātnisko revolūciju periodu. Šo laiku mēdz dēvēt arī par zinātnes renesansi. Tas sākās 16. gs. vidū. Šīs pieejas aizsācējs ir astronoms un matemātiķis Nikolajs Koperniks (Mikołaj Kopernik), kura traktāts “Par debesu sfēru griešanos” (De revolutionibus orbium coelestium, 1543) uzskatāms par heliocentriskās pasaules sistēmas pirmsākumu. Uzskatāmi argumenti debatēs par pasaules uzbūvi bija arī itāļu fiziķa, astronoma un domātāja Galileo Galileja (Galileo Galilei) novērojumi ar paša izgatavoto teleskopu. Eksperimentos balstīto dabas izzināšanas pieeju labi ilustrē Galileja eksperimenti, kurus viņš veica 1589. gadā, ļaujot no dažāda materiāla izgatavotām lodītēm krist no šķībā Pizas torņa un vērojot, cik ātri katra no šīm lodītēm sasniedz zemi. Šie un citi eksperimenti ļāva G. Galilejam nonākt pie inerces jēdziena fizikā, kas vēlāk kļuva par pamatu pirmajam no trim Ņūtona mehānikas pamatlikumiem.

16. gs. bija laiks, kad veidojās priekšstati par argumentiem mūsdienu fizikā un zinātnē kopumā. Mūsdienās ir pats par sevi saprotams, ka fizikas teorijām jābūt pārbaudāmos faktos balstītām un ka šo faktu iegūšanā izšķiroša loma ir eksperimentam, ko iespējams neatkarīgi un vairākkārt atkārtot. Taču tā nav bijis vienmēr. Par piemēru tam kalpo diskusija starp G. Galileju un izglītotu katoļu mūku Roberto Bellarmino (Roberto Francesco Romolo Bellarmino), kurš mācījies vairākās universitātēs. R. Bellarmino šajā diskusijā pārstāvēja tā laika ietekmīgo Romas pāvestu Pāvilu V, kurš izturējās noraidoši pret Džordāno Bruno (Giordano Bruno) radīto un G. Galileja aizstāvēto heliocentrisko pasaules uzbūves modeli. Abi diskusijas partneri bija izcili izglītoti cilvēki. Taču viens no viņiem, R. Bellarmino, pārstāvēja līdz tam pieņemtus priekšstatus, ka Svētie Raksti ir galvenā autoritāte patiesības meklējumos. Turpretī otrs, G. Galilejs, mēģināja aizstāvēt jaunu netradicionālu pieeju, ka novērojami fakti (piemēram, G. Galileja teleskopā novērotie spīdošie punktiņi Jupitera tuvumā, ko G. Galilejs uzskatīja par Jupitera pavadoņiem) ir nopietni argumenti zinātniskā diskusijā. Leģenda vēsta, ka uz G. Galileja piedāvājumu ielūkoties teleskopā R. Bellarmino atbildējis noraidoši, jo, vienalga, lai arī ko viņš tajā ieraudzītu, Bellarmino tie nebūtu nopietni argumenti mainīt uzskatus par lietu kārtību pasaulē.

Šo zinātniskās revolūcijas laikposmu simboliski noslēdz angļu fiziķis, matemātiķis un astronoms Īzaks Ņūtons (Sir Isaac Newton) ar traktātu “Dabas filozofijas matemātiskie pamati” (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, 1687). Interesanti, ka šī grāmata, kas uzskatāma par mūsdienu klasiskās mehānikas pamatu un mūsdienu fizikas aizsākumu, nerunā par fiziku kā atsevišķu zinātņu nozari. Tās nosaukumā minēta “dabas filozofija”. Tas spilgti parāda, ka mūsdienās pieņemtais zinātnes dalījums nozarēs (dabaszinātnēs – fizika, astronomija, ķīmija, bioloģija u. c.) izveidojies relatīvi nesen, 16.–17. gs. zinātniskās revolūcijas laikā.

Mūsdienās, analizējot fizikas teorijas, G. Galileja un R. Bellarmino diskusija atsākusies ar jaunu intensitāti. Tam ir vairāki iemesli: fizikas fundamentālais un filozofiskais raksturs un tas, ka zināmos aspektos fizikas kā zinātņu nozares vēsturiskā attīstība izgājusi pilnu loku. Sākot no filozofijas Senajā Grieķijā, caur Ņūtona dabas zinātņu filozofiju, līdz modernās fizikas nozarēm (kvantu mehāniku un relativitātes teoriju), tā atkal pietuvojusies filozofiskiem jautājumiem – kādiem kritērijiem jāatbilst dabaszinātņu teorijām un vai mūsdienu fizikas teorijas vienmēr tiem atbilst. Mūsdienās šajā diskusijā lielāko ieguldījumu devuši divi pētnieki – austriešu un britu filozofs Karls Popers (Sir Karl Raimund Popper) un amerikāņu zinātnes filozofs Tomass Kūns (Thomas Samuel Kuhn). K. Popers zinātnes apritē ieviesa jēdzienu “zinātniskās teorijas falsificēšana”. Viņš argumentēja, ka dabaszinātņu teorijas patiesums nekad nevar tikt empīriski pierādīts. Šāda teorija var pastāvēt tikai līdz brīdim, kad tā tiek falsificēta. Jēdzienu “zinātniskās teorijas falsificēšana” zinātnē saprot kā empīriskā, eksperimentālā ceļā iegūtu kritiski lielu argumentu daudzumu, kas parāda eksistējošas teorijas nepilnīgumu un rada nepieciešamību veidot jaunu teoriju. Otrs pētnieks, T. Kūns, savu teoriju balstīja fizikas attīstības analīzē, uzsverot jēdzienu “paradigma” – kādā konkrētā zinātnes attīstības brīdī tās pamatus veidojošu priekšstatu kopumu. Saskaņā ar T. Kūna teoriju zinātne savas attīstības mierīgajā fāzē darbojas esošās paradigmas ietvaros, risinot konkrētas zinātņu nozares problēmas. Krīzes brīžos, kad esošās teorijas ietvaros virkni problēmu atrisināt vairs nevar, notiek lēcienveida paradigmas maiņa un rodas jaunas teorijas. Pāreja no klasiskās jeb Ņūtona mehānikas uz kvantu mehāniku bija viens no šādiem brīžiem fizikas vēsturē, kad strauji mainījās pamatpriekšstatu kopums, mainījās paradigma. Mūsdienu fizikā virkne teoriju (par Visuma pirmsākumiem, Lielo sprādzienu, fundamentālo konstanšu vērtību iemesliem) rada karstas diskusijas par to atbilstību K. Popera kritērijiem, kas pieprasa, lai dabaszinātņu teorija būtu falsificējama jeb testējama ar dažādu neatkarīgu empīrisku eksperimentu palīdzību.

Mūsdienās fizika izveidojusies par vienu no attīstītākajām dabaszinātņu nozarēm ar ļoti sazarotu apakšnozaru tīklu. Fizikas pētījumus var iedalīt fundamentālajos un lietišķajos. Fundamentālie pētījumi interesējas par pašiem vispārīgākajiem materiālās pasaules uzbūves aspektiem un mēģina šo materiālo pasauli izskaidrot pēc iespējas vienkāršā un vienotā formā. Lietišķie pētījumi nodarbojas ar problēmām, kuru risinājumi ar inovatīvu darbību palīdzību var radīt ikdienā lietojamas ierīces samērā īsā un pārskatāmā laikā.

Vienlaikus fiziku tradicionāli iedala klasiskajā fizikā, pie kuras pieder klasiskā jeb Ņūtona mehānika, optika, vielas uzbūve, siltumfizika, kā arī elektrība un magnētisms. Pie klasiskās fizikas pieder arī teorētiskās fizikas apakšnozares, kas atbilst minētajiem pētījumu virzieniem. Klasiskās fizikas priekšstati pamatvilcienos noformulēti līdz 19. gs. beigām. Šo periodu fizikā nosacīti noslēdza skotu fiziķis un matemātiķis Džeimss Maksvels (James Clerk Maxwell), no 1861. gada līdz 1862. gadam formulējot elektromagnētiskā starojuma vienādojumus, ko mūsdienās sauc par Maksvela vienādojumiem. Šie vienādojumi ir spilgts piemērs fiziķu nemitīgajiem centieniem sākotnēji šķietami atšķirīgas dabas parādības apvienot vienotos priekšstatos. Maksvelam izdevās parādīt, ka elektriskā un magnētiskā lauka rašanās pamatā ir vieni un tie paši cēloņi un tos var apvieno vienotā teorijā. Vienlaikus 20. gs. sākumā radās tādas fizikas apakšnozares kā kvantu mehānika un relativitātes teorija, kas bija par pamatu modernās fizikas izveidošanai. Modernās fizikas veidošanās saistīta ar spilgtām personībām – kvantu mehānikas pamatlicēju Maksu Planku (Max Karl Ernst Ludwig Planck), kura skaidrojums, kā veidojas sakarsēta ķermeņa starojums (Planka hipotēze), aizsāka mūsdienu kvantu fiziku; un Albertu Einšteinu (Albert Einstein), kurš paplašināja un attīstīja M. Planka gaismas kvantu idejas. Uz šo ideju bāzes 20. gs. sākumā dāņu fiziķis Nilss Bors (Niels Henrik David Bohr) iesāka un Luijs Debrojī (Louis-Victor de Broglie), Verners Heizenbergs (Werner Heisenberg) un Ervīns Šrēdingers (Erwin Schrödinger) izveidoja mūsdienu kvantu fiziku.

Paralēli 20. gs. sākumā veidojās otrs mūsdienu fizikas virziens – relativitātes teorija. Balstoties uz nīderlandiešu fiziķa Hendrika Lorenca (Hendrik Antoon Lorentz) un franču matemātiķa un teorētiskā fiziķa Anrī Puankarē (Henri Poincaré) aizsāktajiem pētījumiem, A. Einšteins 1905. gadā radīja speciālo relativitātes teoriju, vēlāk (1915) iekļaujot tajā arī gravitācijas spēkus un izveidojot vispārīgo relativitātes teoriju. A. Einšteina pētījumu lomu 20. gs. nevar pārvērtēt – žurnāla Times aptaujā (1999) lasītāji A. Einšteinu nosauca par cilvēku, kurš 20. gs. sabiedrību ietekmējis visvairāk. Vienlaikus modernā fizika liek būtiski revidēt ikdienas pieredzē balstītus priekšstatus. Piemēram, apgalvojums, ka divi notikumi notiek vienlaicīgi vai atšķirīgos laika momentos, vairs nav absolūts. Notikumi, kas vienlaicīgi vienam novērotājam, var notikt atšķirīgos laika momentos citam novērotājam. Šīs ir relativitātes teorijas īpatnības. Līdzīgi kvantu mehānika pierāda – ja zinām, kur atoms atrodas, mēs nevaram vienlaicīgi zināt, vai tas kustas vai atrodas miera stāvoklī. Šis ierobežojums atspoguļo to, kā fizikālās parādības notiek mikropasaulē un ka tās nav atkarīgas no tehnoloģiskajām spējām veikt mērījumus labāk vai sliktāk.

Fizikas apakšnozares var klasificēt arī pēc tā, kādā agregātstāvoklī atrodas pētāmā viela. Piemēram, var runāt par cietvielu fiziku, šķidrumu fiziku, gāzu fiziku vai plazmas fiziku. Fizikas apakšnozares var klasificēt arī atkarībā no pētāmā objekta izmēriem, piemēram, kosmisku izmēru fizika, makrofizika, mikrofizika, nanoizmēru fizika vai atomu un molekulu fizika. Nozīmīga pētniecība mūsdienās notiek saistībā ar Visuma rašanos un uzbūvi – šos jautājumus risina astrofizika ar tās apakšvirzieniem.

Pēc daudzu gadu garumā notikušās zinātņu nozaru virzības specializācijas virzienā, kas veicināja zināmu nošķirtību starp nozarēm, mūsdienās vērojama izteikta tendence virzīties pretējā virzienā un attīstīt starpdisciplinārus pētījumus. Šiem pētījumiem sasniedzot zināmu brieduma pakāpi, veidojas jaunas starpdisciplināras zinātņu nozares un apakšnozares. Ar fiziku saistītās jaunas starpdisciplināras apakšnozares ir ģeofizika, biofizika, medicīniskā fizika un arī tāda pavisam jauna apakšnozare kā ekonofizika, kas izmanto analoģijas starp procesiem materiālajā pasaulē un ekonomikā, lai prognozētu sarežģītus procesus ekonomikā. Ar fiziku saistītās tradicionālas starpdisciplināru pētījumu jomas ir fizikas vēsture, fizikas filozofija, fizikas didaktika.

Dabaszinātnēs žurnālus klasificē pēc to ietekmes uz nozari; galvenie datu avoti ir divas lielākās zinātniskās literatūras bibliogrāfiskās datu bāzes – Web of Science (uztur Thomson Reuters) un Scopus (uztur Elsevier). Saskaņā ar šo datu bāzu datiem svarīgākie rezultāti fizikā tiek publicēti žurnālos ar vislielāko ietekmi – Science (kopš 1882. gada; izdod American Association for the Advancement of Science, AAAS) un Nature (kopš 1869. gada; izdod Nature Publishing Group); kā arī fizikas žurnālos Nature Physics (kopš 2005. gada; izdod Nature Publishing Group), Physical Review Letters (kopš 1958. gada; izdod American Physical Society), Nano Letters (kopš 2001. gada, izdod American Chemical Society), Physical Review (kopš 1893. gada, izdod American Physical Society), sēriju žurnālos un specifiskos apakšnozaru žurnālos Nature Photonics (kopš 2007. gada, izdod Nature Publishing Group), Nature Nanotechnology (kopš 2006. gada, izdod Nature Publishing Group) un citos. Nozīmīgākās zinātniskās monogrāfijas izdod Oxford University Press, Cambridge University Press, Springer, World Scientific. Dabaszinātnēs, tai skaitā fizikā, pēc Otrā pasaules kara izveidojusies situācija, kad par zinātnes valodu kļuvusi angļu valoda. Taču tā nav bijis vienmēr. Jau pieminētā Ņūtona grāmata “Dabas filozofijas matemātiskie pamati”, tāpat citi zinātniskās revolūcijas laikā radītie darbi rakstīti latīniski. Pirms Pirmā pasaules kara un laikposmā starp Pirmo un Otro pasaules karu zinātnē aktīvi lietota vācu valoda; daļa vadošo fizikas žurnālu izdoti Vācijā (piemēram, tolaik prestižie Naturwissenschaften un Zeitschrift für Physik).

Mūsdienās pētījumi zinātnē, īpaši fizikā, ir dārgi sarežģītu iekārtu un tehnoloģiju dēļ. Tas pieprasa īpašu fizikas pētījumu organizāciju un infrastruktūru. Rietumu pasaulē (Rietumeiropā, Ziemeļamerikā, Austrālijā un Jaunzēlandē) fundamentāli pētījumi pamatā tiek veikti universitātēs, kur tie integrēti doktora studijās. Taču paralēli pētījumiem universitātēs ir divas pētījumu grupas, kam tiek veidota īpaša, ārpus augstskolām esoša, pētniecības infrastruktūra. Pirmkārt, tie ir fundamentālie pētījumi, kuru sarežģītība un izmaksas pārsniedz pat ļoti lielas un spēcīgas universitātes iespējas. Šāds virziens fizikā ir pētījumi elementārdaļiņu fizikā. Šos pētījumus nevar realizēt ne tikai atsevišķā universitātē, bet tie ir par dārgu pat atsevišķai valstij. Tāpēc Eiropas valstis 1954. gadā izveidoja kopīgu pētniecības infrastruktūru – Eiropas Kodolpētniecības centru (European Organization for Nuclear Research, franču Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire, CERN). Tas simboliski neatrodas vienā valstī, bet gan uz robežas starp Franciju un Šveici, abu valstu teritorijās. 2025. gadā CERN darbībā piedalās 24 valstis, divas asociētās dalībvalstis, kuras drīzumā kļūs par pilntiesīgām CERN dalībvalstīm, un vēl astoņas asociētās dalībvalstis, kuru vidū ir arī Latvija. 2025. gada CERN budžets ir 1,2675 miljardi Šveices franku. Zināmākā CERN zinātniskā iekārta ir Lielais hadronu paātrinātājs (Large Hadron Collider, LHC), ar kuru 2012. gadā atklāts Higsa bozons – daļiņa, kam ir būtiska loma elementārdaļiņu standarta modelī, kas ir viena no mūsdienu fizikas pamatteorijām.

Otra situācija, kad kāda valsts veido īpašu zinātnisko infrastruktūru pētniecībai, ir saistīta ar valsts stratēģiskām interesēm un praktiskiem pielietojumiem. Tādas, piemēram, ir Nacionālās laboratorijas Amerikas Savienotajās Valstīs (ASV). Taču arī šīs laboratorijas saistītas ar valsts vadošajām universitātēm. Piemēram, Kalifornijas Universitāte Bērkli (University of California, Berkeley) realizē pārraudzību pār divām ASV Nacionālajām laboratorijām – Lorensa Bērkli Nacionālo laboratoriju (Lawrence Berkeley National Laboratory) un Lorensa Livermoras Nacionālo laboratoriju (Lawrence Livermore National Laboratory). Līdzīgas tendences vērojamas arī Maksa Planka biedrības (Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften) pētniecības institūtos Vācijā, kas nodarbojas ar komplicētiem fundamentālās fizikas jautājumiem. Šie institūti atrodas vadošo Vācijas universitāšu tuvumā, un to vadošie pētnieki piesaistīti kā profesori šajās universitātēs.

Mūsdienās, kad pētījumi fizikā ir ļoti dārgi, tie tiek finansēti no dažādiem avotiem. Pētījumi fundamentālajā zinātnē visbiežāk tiek finansēti no publiskā finansējuma. Parasti šāda finansējuma sadalīšanai tiek veidotas atsevišķas nacionālas vai starptautiskas institūcijas. Piemēram, ASV ar publiskās naudas sadali pētniecības organizācijām un atsevišķiem pētniecības projektiem nodarbojas Nacionālais zinātnes fonds (National Science Foundation); Eiropas Komisijas līmenī Eiropā – Eiropas Pētniecības padome (European Research Council). Pētījumus, kas vērsti uz īsa un vidēja termiņa sabiedrības vajadzību apmierināšanu, bieži vien izvērtē un finansē valsts pārvaldes un ministrijas. Situācija kopumā 21. gs. Eiropā un pasaulē ļoti saasinājusi diskusiju par fizikas un zinātniskās pētniecības misiju, lomu sabiedrībā, atbildību.