理論物理學的主要研究領域是探索物質微觀結構的奧秘，研究原子，分子和基本粒子的結構與運動規律，以及復雜體系的演化規律。是國內首批碩士點，博士點，博士後流動站。現有8名教授（其中博士生導師7名），副教授2名，講師3名（皆為近年來畢業的博士生）。按如下幾個方向組織教學與科研：
近代量子場論與粒子物理
簡介：
量子場論、粒子物理、引力理論、超對稱規範理論、規範場論的反常和大尺度性質、量子規範理論、約束動力學。
師資：
井思聰 教 授
王安民 教 授
劉秋宇 教 授
李書民 副教授
非線性物理研究組
簡介：
近代量子場論與應用。近代量子理論中的數學物理方法,q—變形代數學 ，中子物理學和拓撲效應，非線性動力學和混沌。
師資：
井思聰 教 授
張永德 教 授
汪秉宏 教 授
原子分子理論和強場物理
簡介：
本課題組最近的主要研究方向是強場中的原子分子理論，強激光場與等離子體的相互作用，量子物理中的非微擾理論方法。近幾年承擔的研究項目中為國家自然科學基金的有：“星際分子超精細結構層次的碰撞理論研究”，“激光輔助的電子-原子碰撞過程”，“超強超短脈沖激光與高密度等離子體作用產生的高次諧波”。屬863-ICF研究項目的有：“強激光場環境下的原子參數研究”。近幾年（1997-2001）發表的文章數約51多篇。
師資：
周子舫 教 授 李書民 副教授
量子理論組
簡介：
量子理論組於2002年2月22日正式建立，負責人王安民教授。它隸屬於國家重點學科——中國科學技術大學近代物理系理論物理專業和中國科學技術大學理論物理研究所，具備完整的博士後、博士和碩士人才培養體系。截止2008年8月，量子理論組有在讀博士生五名， 碩士生七名。並已經培養出博士後壹名，博士七人和碩士二人，接收中美短期交流博士生壹人。本組以三臺服務器為基礎架構，建立了包括十幾臺PC機和工作站在內的局域網，實現了Share Point服務的管理環境，目前本組承擔著包括“973”子項目和國家自然科學基金在內的多項科研任務。
研究量子理論及其應用，著重基礎理論框架的發展、基本物理概念的研究、重要理論問題的解決、主要物理量的計算、實際應用的開拓和實驗方案的建議。主要包括 ：量子動力學和量子場論精確解和微擾論及其在多體強關聯體系物理、量子模擬與量子計算、開放系統退相幹、量子色動力學和粒子物理中的計算和應用；量子非定域性理論在量子糾纏、量子信息資源、量子通信、量子編程、量子遠程協議和量子互聯網等方面的計算和應用，以及其他交叉領域中的量子理論與應用問題。
師資：
王安民教授