清华大学物理学院培养具有扎实理论基础和较强科学实验能力的高质量物理人材。创造性地应用于科技和社会发展的各个领域，其中一部分学生能对物理学和其他相关基础学科的发展做出贡献。

清华大学物理学院各学科与国内外同行建立了广泛的合作与交流的关系。每年都有相当数量的教师访问国外的院校和研究机构，参加各种学术会议，同时物理系也经常邀请来自世界各地的杰出学者来访和进行合作研究。

研究方向包括：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。

清华物理系的学科方向涉及物理学和天文学2个一级学科，涵盖教育部规定的物理学一级学科下除无线电物理外的全部7个二级学科（理论物理、凝聚态物理、光学、原子分子物理、粒子物理核物理、声学、等离子体物理）以及天体物理1个二级学科，其中凝聚态物理、粒子物理与原子核物理、原子分子物理为全国重点学科。清华物理系具有国家的物理学一级学科的博士学位授予权，还是天体物理二级学科的博士点。物理系设有一个“物理学”博士后流动站，涵盖了物理学的各个分支学科。