Fizik, doğayı anlamak için enerji, madde, uzay ve zaman arasındaki etkileşimleri inceleyen bir bilim dalıdır. Geniş bir alan olduğu için, çalışma konularına göre birçok alt dala ayrılmıştır.
Mekanik, hareketi ve dengeyi inceleyen fiziğin en temel alt dalıdır. Kuvvet, hareket ve enerji arasındaki ilişkileri açıklar. Kendi içinde ikiye ayrılır:
Termodinamik, ısı, sıcaklık, iş ve enerji dönüşümleri ile ilgilenir. Enerjinin korunumu, entropi ve ısı transferi gibi konuları ele alır. "Termodinamiğin yasaları" olarak bilinen temel prensipleri vardır.
Bu dal, elektrik yükleri, elektrik akımı, elektrik alanı ve manyetik alan gibi kavramları ve bunların birbirleriyle olan etkileşimlerini inceler. Elektromanyetik teori, bu iki kuvvetin aslında aynı olgunun (elektromanyetizma) farklı tezahürleri olduğunu gösterir.
Optik, ışığın doğasını ve maddeyle etkileşimini inceleyen daldır. Işığın davranışını, yansıma, kırılma, girişim ve kırınım gibi olayları açıklar. Lensin çalışma prensibi, gökkuşağının oluşumu gibi birçok günlük olay optiğin konusudur.
Bu dal, atomların ve moleküllerin yapısını, enerji seviyelerini ve birbirleriyle olan etkileşimlerini inceler. Atomun çekirdeği etrafındaki elektronların davranışı, atomların nasıl ışık yaydığı (spektrum) gibi konular bu dalın kapsamındadır.
Nükleer fizik, atom çekirdeğinin yapısını, kararlılığını ve çekirdek tepkimelerini (fisyon ve füzyon) araştırır. Nükleer enerji ve radyoaktivite bu dalın en önemli uygulama alanlarıdır.
Katı hal fiziği, katı maddelerin (özellikle kristal yapıdaki) fiziksel özelliklerini inceler. İletkenlik, yarı iletkenler, süperiletkenlik ve manyetik özellikler gibi konular bu dalın ilgi alanına girer. Modern elektroniğin temelini oluşturur.
Bu dal, maddenin en temel yapı taşlarını ve bunlar arasındaki etkileşimleri anlamaya çalışır. Atomaltı parçacıkları (kuarklar, leptonlar) ve onları bir arada tutan temel kuvvetleri inceler. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi devasa deneyler bu alanda yapılır.
Astrofizik, yıldızlar, galaksiler, gezegenler gibi gök cisimlerinin fiziksel özelliklerini ve evrimini inceler. Kozmoloji ise evrenin bir bütün olarak başlangıcını, yapısını ve geleceğini araştırır. Büyük Patlama (Big Bang) teorisi kozmolojinin en önemli konusudur.
Özetle: Fiziğin bu alt dalları birbirinden kesin çizgilerle ayrılmaz. Örneğin, bir yıldızın davranışını anlamak için termodinamik, nükleer fizik ve astrofizik bilgisi bir arada kullanılır. Tüm bu dallar, evreni daha iyi anlamamızı sağlayan bir bütünün parçalarıdır.
