Студенты глубоко изучают основы классической и квантовой механики, электродинамики, термодинамики и статистической физики, а также осваивают передовые методы математического моделирования и численных расчетов. Особый акцент делается на развитии аналитического мышления, навыков решения сложных теоретических задач и проведения научных исследований. Выпускники программы приобретают обширные знания, позволяющие им продолжить обучение в магистратуре или аспирантуре, а также успешно реализовать себя в различных областях, связанных с теоретической физикой, от академической науки до высокотехнологичной промышленности.
На младших курсах студенты профиля «Теоретическая физика» получают знания в области общей и теоретической физики, математики, информатики, химии, программирования, теоретической физики, изучают английский язык, историю, философию, социологию, экономику и т.д..
Студенты старших курсов слушают лекции по фундаментальным разделам теоретической физики (физика наноструктур, квантовая теория твердых тел, теория групп и пр.). В программе подготовки студентов большое внимание уделяется изучению численных методов при решении сложных задач нанофизики и наноэлектроники; разработана программа курса «Параллельные вычисления» на компьютерах с многоядерными системами.
При выполнении научных исследований студенты занимаются расчетами и моделированием в таких областях физики, как теория конденсированного состояния вещества и физика низкоразмерных квантовых структур, металлы и полупроводники в сильном магнитном поле, резонансы в наноструктурах, спинтроника, оптика наноструктур, спиновые эффекты в наноструктурах и топологических изоляторах, Джозефсоновские кубиты и квантовые метаматериалы.