يستخدم علماء الفيزياء النظرية الرياضيات والمنطق في أبحاثهم باعتبارها أداة رئيسية لتحليل وفهم الظواهر الطبيعية والكونية. يستخدمون الرياضيات لتطوير نظريات توضح الظواهر الفيزيائية، ولتوقع تلك الظواهر والتحقق منها تجريبياً. يتم تطبيق الرياضيات في مجالات مختلفة في الفيزياء، مثل نظرية النسبية العامة التي وضعها ألبرت أينشتاين، ونظرية المجالات الكمومية التي توصل إليها العلماء مثل ماكس بورن ويرد فيجنر.
وتساعد الرياضيات في صياغة نماذج عددية ومحاكاة النظم الفيزيائية المعقدة، مما يمكن العلماء من فهم تفاصيل الظواهر الفيزيائية المعروفة وكذلك اكتشاف الظواهر الجديدة. كزوج اللغة، فإن استخدام الرياضيات يساعد على تبسيط الأفكار وترتيبها وفهمها بشكل أفضل. وبذلك يساهم العلماء في تطوير الفيزياء كعلم.
