Fiziniai eksperimentai naudojami fiziniams reiškiniams stebėti kontroliuojamose situacijose, siekiant išsiaiškinti informaciją apie visatos veikimą. Kai kurie fiziniai eksperimentai buvo atlikti daug kartų ir naudojami edukaciniais tikslais, o kai kurie atliekami pirmą kartą ir siekia atrasti daugiau informacijos apie visatos prigimtį. Didžioji dalis šiuolaikinės fizikos yra susijusi tik su nepatikrintomis matematinėmis lygtimis, tačiau eksperimentinės fizikos sritis yra neatsiejama nuo plačios fizikos srities.
Fizikos studentai nuo ankstyvos vidurinės mokyklos iki visų mokymosi etapų reguliariai atlieka fizikos eksperimentus. Vidurinėje mokykloje eksperimentai paprastai padeda parodyti ir įrodyti mokiniams paprastus fizinius principus. Jie paprastai yra susiję su bendromis temomis, tokiomis kaip gravitacija ar sukamasis judėjimas. Kitos dažniausiai aptariamos temos yra elektra ir skysčio judėjimas.
Kolegijoje dauguma klasės fizikos kursų yra sujungti su fizikos laboratorijomis. Tokiuose laboratoriniuose kursuose studentai atlieka daugybę fizikos eksperimentų, atitinkančių klasėje išmoktas temas. Paprastai tariant, šios temos yra labiau pažengusios nei dėstomos vidurinės mokyklos kursuose. Eksperimentai yra atitinkamai griežtesni ir pažangesni. Jie apima temas, panašias į tas, kurios dėstomos vidurinėje mokykloje, tačiau jose yra daug giliau.
Fizikai labai ilgą laiką kūrė teorijas ir dirbo, kad sukurtų matematinį visatos modelį. Siūlomi matematiniai fizikinių reiškinių paaiškinimai dažniausiai lenkia mokslininkų gebėjimus juos eksperimentiškai patikrinti. Pavyzdžiui, Einšteinas savo specialiojo reliatyvumo ir bendrosios reliatyvumo teorijas sukūrė atitinkamai 1906 ir 1916 m. Nors dalis šių teorijų buvo eksperimentiškai patikrintos, vis dar yra jų aspektų, kurie egzistuoja tik matematinių lygčių pavidalu.
Vis labiau brangsta atlikti veiksmingus fizikos eksperimentus, nes tiriamieji dažniausiai būna neįtikėtinai maži arba neįtikėtinai dideli. Pavyzdžiui, Didysis hadronų greitintuvas buvo sukonstruotas siekiant įrodyti Higso-Bosono dalelės egzistavimą, susidūrus su kitomis neįtikėtinai mažomis dalelėmis ir išnagrinėjus susidūrimo rezultatus. Koliderio kaina, net neįvertinus didžiulio energijos kiekio, reikalingo jam paleisti, siekia milijardus JAV dolerių.
Didelis hadronų greitintuvas, nepaisant jo kainos, yra puikus pavyzdys, kas tiksliai yra fizinis eksperimentas. Jo tikslas yra susidurti su dalelėmis ir stebėti, kas atsiranda dėl susidūrimo. Tai daroma labai kontroliuojamomis sąlygomis – visas aparatas palaikomas tam tikroje temperatūroje, o dalelės pagreitinamos iki labai specifinio greičio. Kaip ir kituose mokslo eksperimentuose, Didysis hadronų greitintuvas leidžia mokslininkams stebėti gamtos reiškinį kontroliuojamomis aplinkybėmis. Iš to, ką stebi, jie gali padaryti savo išvadas.