입자물리 및 우주론 분야에서는 소립자부터 우주 전체에 이르는 물리적 대상뿐만 아니라 이를 기술하는 이론의 수학적 구조까지 탐구합니다.

원자핵을 구성하는 쿼크들을 비롯한 수많은 소립자들의 움직임 및 생성, 소멸은 표준모형이라 불리는 이론을 통해 설명되며 이는 여러 가속기 실험을 통해 검증되고 있습니다. 특히 모든 물질의 질량을 주는 힉스 보존이 2012년 유럽 LHC 가속기에서 검출되어 표준모형이 예견한 모든 입자들이 발견 되었습니다. 지금은 우주의 진화를 설명하는데 필수적인 암흑물질 및 표준모형을 넘어선 새로운 물리 현상을 찾는 연구가 진행 중입니다.

중력 현상을 설명하는 일반상대성 이론은 핵물리학, 입자물리학 등과 함께 우주의 진화를 성공적으로 설명하고 있으나 빅뱅, 블랙홀 등 아직 추가적인 이해가 필요한 영역이 많이 남아 있으며, 이들을 이해하기 위해서는 표준모형과 일반상대성 이론을 아우르는 양자 중력 이론이 필요합니다. 끈이론을 비롯한 여러 이중성이론에 대한 비약적 이해의 증가로 이 목표에 점점 더 다가가고 있습니다.