哈佛大学物理系是哈佛比较大的一个系，有十八个专业方向共96门课程。出现过10位诺贝尔奖得主。他们是Percy W.Bridgman(珀西·布里奇曼，1946，发明高压产生仪及其对高压物理领域的贡献)、Edward Mills Purcell(爱德华·米尔斯·珀塞尔，1952，对核磁场精密测量的研究)、Julian Schwinger(朱利安·施温格，1965，在量子电动力学基础研究做出杰出贡献)、John Hasbrouck van Vleck(约翰·凡·弗莱克，1977，对磁性和无序系统电子结构基础理论研究做出贡献)、Sheldon L.Glashow and Steven Weinberg(谢尔登·格拉肖和史蒂芬·温伯格，1979，对基本粒子间统一弱电磁相互作用理论研究的贡献)、Nicolaas Bloembergen(尼古拉斯·布洛姆伯根，1981，对激光光谱学发展的贡献)、Carlo Rubbia(卡洛·鲁比亚，1984，对W和Z玻色子的发现做出决定性的贡献)、Norman F. Ramsey(诺曼·拉姆齐楼，1989，发明分离振荡方法及其在氢脉泽和其他原子钟的应用)、Roy J. Glauber(罗伊·格劳伯，2005，对光学相干的量子理论的贡献)。
哈佛大学建立了多个物理研究中心，具体有：
超冷原子研究中心(CUA)：汇集了大量来自于MIT和哈佛大学，追求因超冷原子和量子气体开辟的新领域研究工作的科学家。该研究中心是由美国国家科学基金会(NSF)支持的，目前主要研究的是围绕超冷原子和对原子和光子的量子状态的控制状态密切相关的内容。进行该项研究的人员大约有100名研究生、博士后研究人员、大学生和来自于各合作项目中心的高级研究人员;[7]
纳米系统中心(CNS)：主要研究纳米级元件怎样集成大型复杂的相互作用系统，及其微小的结构研究和学习他们的不同行为对宏观系统的影响;[8]
哈佛大学史密森天体物理中心(CFA)：通过对天文和天体物理学的研究学习增强我们的天文知识和对宇宙的理解;[9]
原子、分子和光学物理理论研究所(ITAMP)：主要目标是吸引及培养一批在原子、分子和光学物理理论领域具有高素质的人才，并在不同时间段内各地高级研究学者能够形成一个积极的合作方案;[10]
粒子物理和宇宙学实验室(LPPC)：主要进行粒子物理学和宇宙学前沿研究实验，并为学生提供一流的教育实验机会。该实验室方案已经实现了世界各地的加速器实验室并解决内部和超越标准模型的重要问题;[11]
材料科学与工程研究中心(MRSEC)：是哈佛大学传统跨学科材料研究中心，由国家科学基金会成立，以确定新的材料科学与工程研究领域为宗旨;[12]
纳米科学与工程中心(NSEC)：该研究中心是哈佛大学与麻省理工学院、加州大学圣巴巴拉分校、代尔夫特科技大学(荷兰)、波士顿科学博物馆(瑞士)、日本东京大学(日本)和桑迪亚国家实验室之间的合作，结合“自上而下”和“自下而上”的方法构建新的纳米尺寸大小的电子和磁性设备以理解其行为及产生的量子现象。[13]
罗兰研究所：跨学科的实验室，其研究领域包括细菌运动性和行为、光化学和光生物学、电子学工程、离子阱和离子簇、纳米量子等。[14]
哈佛大学十八个专业方向分别为天体物理学和天文学;原子、分子和光学物理实验;原子、分子和光学物理理论;生物物理学实验;生物物理学理论;计算物理学;凝聚态物理学实验;凝聚态物理学理论;环境建模和风险评估;高能物理实验;高能物理学理论;超弦理论;高压物理实验;物理学历史;低压物理实验;数学物理学;介观物理学实验;介观物理学理论;核物理学。具体课程见表2。
纳米科学、粒子物理学以及天体物理学是哈佛物理学中的强势学科，在校内建立了多个相关的物理实验室和研究中心。其中宇宙学和粒子物理最为突出。哈佛大学的宇宙学和粒子物理实验室引领前沿的粒子物理和宇宙学观测实验研究，并为研究生和本科生提供教育研究，以及为博士后提供的ATSAS实验研究。实验室下又分出好几个领域的研究小组，如ATSAS Group、Dark Energy Group、CDF Group、Dark Matter Group、Neutrino Group等等。