Die Forschungsaktivitäten der Fakultät für Physik und Astronomie können grob in vier Forschungsbereiche gegliedert werden:

• Quantenphänomene in neuartigen Materialien
• Angewandte Physik und Physik auf der Nanoskala
• Physik von Raum, Zeit und Materie
• Physik der Lebenswissenschaften

Neben der interdisziplinären Zusammenarbeit mit der Chemie, Biologie, Medizin, Mathematik und Informatik besteht eine weitere Vernetzung und Kooperation mit verschiedenen inner- und außeruniversitären Zentren und Einrichtungen:

• Wilhelm-Conrad-Röntgen-Forschungszentrum für komplexe Materialsysteme (RCCM)
• Mathematisch-Informationstechnologisches-Naturwissenschaftliches Didaktikzentrum
  (MIND-Center)

• Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V., ZAE Bayern
• Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., FhG
• Magnetresonanz Bayern e.V., MRB
• Forschungszentrum Karlsruhe GmbH / Karlsruhe Institute of Technology, KIT
• Nanozentrum Würzburg