Complexité
La physique s'est longtemps attachée à l'étude des systèmes bien définis et bien catégorisés, par exemple : les propriétés spécifiques des solides/liquides/gaz, les cristaux, les milieux homogènes, etc. Alors que dans la nature, beaucoup de systèmes sont difficilement rangeables dans ces catégories. Le prix Nobel français Pierre-Gilles de Gennes a été un des premiers à "s'attaquer à des problèmes de transition ordre-désordre dans des matériaux aussi complexes que les polymères, les gels, les cristaux liquides et plus récemment la matière granulaire". Désormais, la physique de la matière molle ou celle du tas de sable ont acquis leur noblesse dans la hiérarchie des problèmes de la physique.
Physique au-delà du modèle standard
La physique théorique continue ses efforts vers une théorie du tout, qui expliquerait entièrement et lierait ensemble tous les phénomènes physiques connus, et prédirait les résultats de n'importe quelle expérience conduite selon ses principes. En pratique, l'objectif immédiat dans cette perspective vise au développement d'une théorie unissant le modèle standard et la relativité générale en une théorie de la gravité quantique. Des améliorations supplémentaires sont attendues, telles que la résolution de défauts conceptuels de l'une ou l'autre de ces théories préexistantes, ou bien une prédiction précise de la masse des particules. Les défis dans la construction d'une telle théorie ne sont pas que conceptuels, ils comprennent les aspects expérimentaux des très hautes énergies, nécessaires pour explorer ces domaines exotiques. La supersymétrie, la théorie des cordes et la gravitation quantique à boucles comptent parmi les nombreuses tentatives notoires dans cette direction.