物理系所自成立以來，一直是教學與研究並重，在教學方面，本系的特色是課程領域涵蓋廣泛，使大學部學生及研究生能充分地按照個人興趣學到各重要的課程，老師們授課也多以嚴謹著稱 。在研究方面，從基礎物理到應用物理的各種物理研究領域都有涵括。近年來「遠見」及「天下」雜誌對國內物理系作過一系列教學與研究評鑑，本系均名列榜首。

國科會物理研究推動中心於1965年設立於清華大學物理系，主要任務為負責全國物理研究之策劃及推動工作，並成立物理推動中心圖書館，提供完善圖書服務，為全國物理學界利用。國家理論科學研究中心於民國八十六年成立於清大，許多教授與研究生積極參與並協助中心之學術活動與交流，促進優良研究風氣，主導國內理論物理研究。

前瞻量子技術研究中心於民國一百零七年成立於清大，以清華為基礎，跨系、跨院與跨校整合國內量子技術與量子物質方面的專家與技術，並結合國際的專家，共同發展即將來臨之二次量子革命量子的核心相關技術。利用物理系以氣體原子及光子為系統的量子技術優勢，再結合物理系在前瞻固態材料系統的傑出研究成果與經驗，開創能夠實現量子技術且應用性高的固態量子材料。發展方向以可能實現量子電腦及量子通訊的冷原子/光子系統與量子材料為平臺，發展相關量子技術。

本系未來發展的首要工作是積極延攬優秀師資。研究方向則兼顧理論與實驗，純粹物理與應用物理之均衡發展，並加強計算物理、奈米物理、量子光學、及軟物質物理等跨領域研究，以及粒子物理與天文物理之發展。另外，本系將重點發展光電物理領域，規劃光電物理研究所或學位學程，以及與本校電資學院光電工程研究所的進一步合作。本系將持續課程新規劃，加強實驗課程內容。另外，本系亦將增加與社會大眾之接觸及宣傳，並強化系友聯繫與服務。本系的發展目標為形成一個優質的學者社群，創造知識，並為人類社會培育術德兼備的人才。