物理學家主要研究各種形式的能量，同時還研究能量與物質的相互作用。物理學家對於支配運動的各種定律是很感興趣的，因為任何運動的物質都具有「動能」。他對熱、聲、光、電、磁以及放射性都會感到興趣，因為這些都是能量的存在形式。到了二十世紀，連質量看來都明顯地是能量的一種形式了。
物理學家還對能量從一種形式轉變為另一種形式的方式，以及控制這類轉化的規律感興趣。
自然，物理學家可以有所側重。如果有人對於能量和亞原子粒子的相互作用特別感興趣，他就是一位「核物理學家」（原子核是原子中的主要結構）。如果他對恆星中能量和物質的相互作用感興趣，他就是一位「天體物理學家」。
同樣地，對化學反應中有關能量的問題特別感興趣的人是「物理化學家」。而主要關心生命組織使用和產生能量的方式的人，則是「生物物理學家」。
有的物理學家會致力於在特定條件下進行精確的測量。或許，他打算測定在某些化學反應中所釋放出來的熱量的精確數量；或許，他打算度量某一種亞原子粒於在分裂成其他粒子、並釋放出能量時的精確方式；或許，他打算知道大腦的微弱電勢在某些藥物作用下的精確變化。在這些工作中，他都可以稱得上是位「實驗物理學家」。
另一方面，一位物理學家也可能特別有興趣去仔細鑽研早已得到的測量結果，希望從中發現具有普遍意義的思想。或許，他能推導出某些數學關係式來，這些公式能夠解釋這些測量結果為什麼是這樣的，而且，如果他找出了這些關係，就能用它們來預言某些還沒進行過的測量結果。而一旦進行了這些測量，其結果又和所預言的相一致的話，他很可能就發現了一條被稱做「自然法則」的東西。
試圖用這種方法來獲得自然法則的物理學家，就是「理論物理學家」。
有一些物理學家對理論並不特別感興趣。他們是極有天賦的實驗物理學家。曾經發明了干涉儀、並精確地測量了光速的邁克耳孫就是這樣的一位。也有人是對實驗毫無興趣的天才的理論物理學家，相對論的發現者愛因斯坦即屬此例。（譯註：愛因斯坦早年對實驗是很感興趣的）。
雖然實驗物理學家把自己框在測量的圈子裡，而理論物理學家又拘泥於數學論證，但這兩種人對於科學都是極端寶貴的。不過，人們總還是希望找到一位既是第一流實驗家、又是第一流理論家的人物。費米就是這種「雙料」物理學家的突出代表（他還是一位傑出的教師，因此，他大概可以說是「三料」的人物了）。