理論研究和實驗研究一般是分開進行的，然而它們彼此之間息息相關、缺一不可。實驗結果對於理論發展給出建議，理論預測對於實驗設計給出引領。 過去幾百年來，實驗結果驅使了理論物理的進展，最近幾十年來，物理學的演進方式已大幅度改變，在某些物理學分支領域，理論預測驅使了實驗物理的方向。通常而言，當實驗者發現一個新現象，而已知理論無法解釋這新現象時，或者當根据新理論所作出的預測，可以通過設計精緻實驗來檢驗時，持著大膽假設，小心求證的研究態度，物理學往往會有所進展。例如，在大型強子對撞機進行的各項研究完美地展示出理論物理學與實驗物理學的相輔相成。由於先前理論物理學者預測希格斯玻色子存在，實驗物理學者才會堅持不斷地做實驗探索其蹤跡，在經過幾十年努力後，終於證實了希格斯玻色子確切存在。當今，理論物理學者正等待更多實踐數據來指示未來的理論研究方向。