KAIST 물리학과는 폭넓은 분야에 걸쳐 연구활동이 이루어지고 있다. 현재 연구분야는 크게 응집물리(물질/소자), 입자물리 및 천문학, 광학 및 원자물리, 복잡계 및 생물물리의 5개 분야로 구분되며, 기초과학에서 실제응용에 이르기까지, 실험 및 이론에 걸쳐 인류의 발전을 이끌 새로운 지식을 창조하고, 새로운 패러다임으로 이어지는 도전적인 문제를 찾아 해결하는 것을 목표로 한다.