Kvantitatiivinen fysiikka on fysiikan haara, johon kuuluu tutkimusta toistuvilla mittauksilla ja kokeellisten tulosten matemaattisella analyysillä. Se eroaa joistakin teoreettisen fysiikan aloista, kuten kvanttimekaniikasta tai merkkijonoteorian tutkimuksesta, jossa suurta osaa taustalla olevasta teoriasta ei voida testata todellisessa maailmassa tai maapallon laboratoriossa nykyisellä tekniikalla vuodesta 2011. Kaikki kentät kvantitatiivisen tutkimuksen, kuten kvantitatiivisen fysiikan, johtopäätökset tehdään tilastollisesta analyysistä suurista kokeellisista tiedoista. Nämä tiedot ovat kuitenkin usein niin suuria ja monimutkaisia, että tietokoneita käytetään tietojen matemaattiseen mallintamiseen tulkitakseen niitä paremmin. Esimerkki kvantitatiivisen fysiikan käytöstä sisältäisi supertietokoneilla suoritettavat ilmastotutkimukset, joiden avulla voidaan ennustaa ilmastonmuutoksia erilaisista maapallolla, sen lähellä tai sen lähellä olevista luonnollisista termodynaamisista voimista sekä auringon aktiivisuuden muutoksista pitkiä aikoja. .
Fysiikan tutkimus ytimessä on aineen ja energian muutosten mittaaminen, ja tämä tekee useimmista fysiikan tutkimuksista kvantitatiivisen fysiikan tavalla tai toisella. Kvantitatiivinen tutkimus on tärkeä myös fysiikassa, koska monia fysikaalisia lakeja, kuten valon nopeutta tai maapallon vetovoimaa, ei voida määrällisesti määritellä pelkästään ihmisen havaitsemalla viidellä aistilla. On mahdollista havaita putoava kappale, mutta ilman sen laskeutumisnopeuden tarkkaa mittaamista ei saada selkeää kuvaa siitä, kuinka voimakas painovoima todellisuudessa on. Siksi kvantitatiivinen tutkimusfysiikka käyttää matematiikkaa abstraktina tapana ymmärtää maailmankaikkeudessa toimivia voimia.
Prosessien, joihin liittyy kvantitatiivista tutkimusta, ei kuitenkaan ole aina tarkoitus edustaa jokapäiväistä todellisuutta. Fysiikka määrittää ihanteelliset olosuhteet, joissa aine, energia, tila ja aika ovat vuorovaikutuksessa toistuvien mittausten ja havaintojen avulla, ja määrittää sitten tapahtumien todennäköisyyden. Tätä varten käytetyt fysiikkayhtälöt perustuvat abstrakteihin matemaattisiin käsitteisiin, jotka ovat todistettuja vain suurella määrällä toistuvia kokeita. Esimerkiksi kvantitatiivinen fysiikka voi ennustaa pallomaisen planeetan pinta -alan avaruudessa, mutta luonnossa ei ole täydellistä palloa tai muuta täydellistä geometrista muotoa, joten prosessi on jossain määrin likimääräinen .
Fysiikan ihanteelliset esitykset, kuten luodin ballistinen liikerata ilmassa, perustuvat painovoiman vetämisen ja ilmanvastuksen kvantitatiivisiin fysiikan periaatteisiin, mutta ne voivat ennustaa vain luodin yleisen liikeradan, eivät todellista, tarkkaa kohtaa se laskeutuu. Yhtälöiden ja kaavojen käyttäminen kvantitatiivisessa fysiikassa sisältää usein joidenkin muuttujien keskiarvon laskemisen tai matemaattisten pikavalintojen käyttämisen niiden vaikutuksen poistamiseksi yhtälöstä. Tämä johtuu siitä, että tavoitteena on ymmärtää periaatteessa luonnonlakeja verrattuna tiettyihin satunnaisiin sovelluksiin.
Laskennallinen fysiikka täydentää usein kvantitatiivista fysiikkaa laboratoriossa, jossa yhtälöitä ei voida muodollisesti tai riittävästi testata reaalimaailman kokeissa. Usein algoritmeja käytetään tällaisten laskelmien virtaviivaistamiseen. Algoritmit ovat joukko matemaattisia sääntöjä, joita tietokone käyttää vähentämään ongelman ratkaisemiseksi tarvittavien laskelmien määrää rajalliseen vaiheeseen. Tietokoneapua kvantitatiiviseen fysiikkaan käytetään yleensä alueilla, joilla tapahtuu hyvin monimutkaisia vuorovaikutuksia, kuten materiaalitieteessä, ydinkiihdyttimen tutkimuksessa ja biologian molekyylidynamiikassa.