數學是研讀物理必備的工具之一，這包括幾何、代數、微積分等等。應用這些數學工具，物理學者可以從物理定律推導與演算出很多有意思的結果。例如，年，圖利奧·勒維奇維塔獲知阿爾伯特·愛因斯坦在探索重力的相對性理論中，遇到一些挫折，他便力勸愛因斯坦學習張量微積分。愛因斯坦採納了勒維奇維塔的建議，勤學張量微積分，并於年成功創立了廣義相對論。如同大多數英國的理論物理學者，羅傑·潘洛斯讀大學時專修數學，因此有深厚的數學造詣，能夠將拓撲學方法引入相對論研究，證明在每一個黑洞的中心存在著一個奇點，這就是在宇宙學裏著名的奇性定理。