Vật lý học một cách tổng quát nhất đó là khoa học nghiên cứu về "vật chất" và "sự tương tác". Cụ thể thì Vật lý khoa học nghiên cứu về các quy luật vận động của tự nhiên, từ thang vi mô (các hạt cấu tạo nên vật chất) cho đến thang vĩ mô (các hành tinh, thiên hà và vũ trụ). Trong tiếng Anh, từ vật lý (physics) bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp φύσις (phusis) có nghĩa là tự nhiên và φυσικός (phusikos) là thuộc về tự nhiên. Đối tượng nghiên cứu chính của vật lý hiện nay bao gồm vật chất, năng lượng, không gian và thời gian. Vật lý còn được xem là ngành khoa học cơ bản bởi vì các định luật vật lý chi phối tất cả các ngành khoa học tự nhiên khác. Điều này có nghĩa là những ngành khoa học tự nhiên như sinh học, hóa học, địa lý học... chỉ nghiên cứu từng phần cụ thể của tự nhiên và đều phải tuân thủ các định luật vật lý. Ví dụ, tính chất hoá học của các chất đều bị chi phối bởi các định luật vật lý về cơ học lượng tử, nhiệt động lực học và điện từ học.

Vật lý có quan hệ mật thiết với toán học. Các lý thuyết vật lý là bất biến khi biểu diễn dưới dạng các quan hệ toán học, và sự xuất hiện của toán học trong các thuyết vật lý cũng thường phức tạp hơn trong các ngành khoa học khác. Sự khác biệt giữa vật lý và toán học là ở chỗ, vật lý luôn gắn liền với thế giới tự nhiên, trong khi toán học lại biểu diễn các mô hình trừu tượng độc lập với thế giới tự nhiên. Tuy vậy, sự khác biệt không phải lúc nào cũng rõ ràng. Thực tế có một ngành nghiên cứu thuộc lĩnh vực trung gian giữa toán học và vật lý, đó là Toán vật lý - ngành học phát triển các cấu trúc toán học để phục vụ cho các lý thuyết vật lý.