Mit seinen drei Instituten, dem Institut für Angewandte Physik (IAP) (wird in neuem Tab geöffnet), dem Institut für Physik Kondensierter Materie (IPKM) (wird in neuem Tab geöffnet) und dem Institut für Kernphysik (IKP) (wird in neuem Tab geöffnet), ist der Fachbereich direkt in den drei zentralen Forschungsfeldern der TU Darmstadt verankert. Im Forschungsfeld Matter and Materials (M+M) (wird in neuem Tab geöffnet), dem größten fächerübergreifenden Forschungsfeld der Universität, bildet die Physik das Fundament: von der Kern- und Astrophysik in weltweit führender Kooperation mit dem GSI Helmholtzzentrum (wird in neuem Tab geöffnet) über die Erforschung nachhaltiger Werkstoffe im Materialkreislauf bis hin zu Beiträgen zu modernen Lasersystemen und Photonik. Im Forschungsfeld Information and Intelligence (I+I) (wird in neuem Tab geöffnet) liefert der Fachbereich physikalische Grundlagen für Quantentechnologien von morgen, etwa in der Quantenoptik und Quantenkryptografie. Im Forschungsfeld Energy and Environment (E+E) (wird in neuem Tab geöffnet) trägt er mit Forschung zu Energiematerialien, Plasmaphysik und Kernfusion zur Lösung globaler Energiefragen bei.

Die Forschungsschwerpunkte des Fachbereichs decken sich mit zentralen Schlüsseltechnologien der Hightech Agenda des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (wird in neuem Tab geöffnet): Mit seiner Expertise in Quantentechnologien, Fusion und klimaneutraler Energieerzeugung adressiert der Fachbereich Physik drei der sechs vom Bund definierten Zukunftsfelder unmittelbar. Dass diese Forschung auch wirtschaftlich wirkt, zeigt das erste Unicorn der TU Darmstadt: Focused Energy, ein Spin-off des Fachbereichs Physik, das laserbasierte Fusionstechnologie zur industriellen Reife führen möchte.