Kvantinis fizikas tiria fizikinius dėsnius, valdančius atominius ir subatominius objektus. Šie fizikai atliko daugybę novatoriškų eksperimentų, kurie pakeitė mūsų supratimą apie pačios materijos elgesį ir prigimtį. Nors moksliniai tyrimai ir eksperimentai yra kvantinio fiziko darbo pagrindas, pareigos dažnai yra susijusios su kolegija ar universitetu, todėl fizikas taip pat gali vesti pamokas. Be to, kvantinis fizikas dažnai turi įsitraukti į dotacijų prašymus ir dalyvauti leidybos procese, įskaitant darbų rašymą ir kitų fizikų tyrimų recenzavimą.
Kvantinė mechanika apima subatominių dalelių ir kitų objektų judėjimą ir elgesį. Ji tapo nusistovėjusia mokslinių tyrimų sritimi XX amžiuje, kai buvo nustatyta, kad elementariosios dalelės nesielgia pagal Niutono dėsnius, apibūdinančius didesnių objektų elgesį. Atominiai ir subatominiai objektai elgiasi labai nenuspėjamai, tikimybei. Toks elgesys visiškai prieštarauja didelių objektų, tokių kaip transporto priemonės ar net planetos, elgesiui. Kvantinis fizikas tiria tikimybes, apibūdinančias subatominį elgesį.
Eksperimentuoti kvantinės mechanikos srityje, kuri užima didžiąją dalį kvantinio fiziko laiko, gali būti labai sunku. Pavyzdžiui, spalvų apribojimas yra reiškinys, atsirandantis subatominiame lygmenyje. Hadronai susideda iš kvarkų, pagrindinio materijos vieneto, ir kiekvienas kvarkas įgauna tam tikrą „spalvą“, kuri žymi jo lauko krūvį, kai jį stebima. Vienas iš pirmųjų kvantinės mechanikos eksperimentų atskleidė, kad kvarkas ir jo partneris hadrone įgauna tą pačią „spalvą“, nesvarbu, kokiu atstumu dalelės yra atskirtos viena nuo kitos. Tai apsunkina bet kokį bandymą tiesiogiai stebėti tokias daleles.
Kvantinių fizikų nuomone, daugelis tyrimų yra susiję su hipotezėmis, išvestomis iš loginės, matematinės ar referentinės sistemos. Kaip ir atliekant fizikinius eksperimentus, didžiąją dalį teorinių tyrimų atlieka fizikų ir matematikų komandos. Retai kada kvantinis fizikas dirba savarankiškai.
Kvantiniai fizikai reguliariai publikuojasi moksliniuose žurnaluose, kuriuose daugiausia dėmesio skiriama jų konkrečiai sričiai. Daugelis universitetų samdys gerai paskelbtus fizikus, kurie atliks universiteto programos mokslinius tyrimus ir mokys universiteto studentus atlikti bakalauro ar magistrantūros kursinius darbus. Universiteto struktūra taip pat gali reikalauti, kad fizikas pateiktų paraišką ir uždirbtų pinigų moksliniams tyrimams gauti iš vyriausybinės agentūros arba iš privačių fondų ir toliau publikuotų kvantinės fizikos srityje.