理论物理学（英语：Theoretical physics）通过为现实世界建立数学模型来试图理解所有物理现象的运行机制。通过“物理理论”来条理化、解释、预言物理现象。
丰富的想像力、精湛的数学造诣、严谨的治学态度，这些都是成为理论物理学家需要培养的优良素质。例如，在十九世纪中期，物理大师詹姆斯·麦克斯韦觉得电磁学的理论杂乱无章、急需整合。尤其是其中许多理论都涉及超距作用（action at a distance）的概念[注 1]。麦克斯韦对于这概念极为反对，他主张用场论来解释。例如，磁铁会在四周产生磁场，而磁场会施加磁场力于铁粉，使得这些铁粉依著磁场力的方向排列，形成一条条的磁场线；磁铁并不是直接施加力量于铁粉，而是经过磁场施加力量于铁粉；麦克斯韦尝试朝着这方向开辟一条思路。他想出的“分子涡流模型”，借用流体力学的一些数学框架，能够解释所有那时已知的电磁现象。更进一步，这模型还展示出一个崭新的概念——电势移。由于这概念，他推理电磁场能够以波动形式传播于空间，他又计算出其波速恰巧等于光速。麦克斯韦断定光波就是一种电磁波。从此，电学、磁学、光学被整合为一统的电磁学。
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