清华物理系目前研究方向包括：复理论物理、粒子物理与场论、高能天体物理实验和理论天体物理、核物理实验和理论、计算凝聚态物理与新材料设计、低维、纳米、强关联体系的理论和实验研究、超导应用、激光物理、量子光学与非线性光学、量子计算和通讯、单原子分子探测识别和操作、核聚变、声学与应用，等等。

物理系制在科研管理方面下设三个研究所：凝聚态物理研究所，高能物理与核物理研究所和原子分子与光物理研究所；两个跨二级学科重点实验室：原子分子纳米科学教育部重点实验室和科技部材料设计zd与模拟实验室（清华分室）；五个跨一级学科研究中心：原子分子纳米科学研究中心，应用超导研究中心，天体物理中心，清华富士康纳米科技中心和高能物理研究中心。现有国家“973项目”首席科学家2位；国家“863计划”专家组成员3位；