理論粒子物理學能夠預言未來的實驗結果模型、數學工具以及什麼?
理論構架
今天所知的所有基本粒子都可以用一個叫做粒子物理標準模型的量子場論來描寫。標準模型是目前粒子物理學中最好的理論，它包含37種基本粒子，這些基本粒子相互結合可以形成更加複雜的粒子。從1960年代以來實驗物理學家已經發現和觀察到了上百種複合粒子了。標準模型理論幾乎與至今為止觀察到的所有的實驗數據相符合。雖然如此大多數粒子物理學家相信它依然是一個不完善的理論，一個更加基本的理論還有待發現。最近發現的微中子靜質量不為零是第一個與標準模型出現偏差的實驗觀測。目前描寫基本粒子的最成功的理論是標準模型理論，它使用規範玻色子來描寫強交互作用、弱交互作用和電磁交互作用。光子、W及Z玻色子和膠子都屬於規範玻色子。此外按標準模型理論物質是由24種基本粒子組成的，最後這個理論還預言了希格斯玻色子。
電弱理論的成功重新喚起了人們對規範場論的研究興趣，1973年，美國物理學家戴維·格婁斯和他的學生弗朗克·韋爾切克，以及美國物理學家休·波利策發現了非阿貝爾規範場中的漸近自由性質。而他們也給出了對於觀察不到靜止質量為零的膠子的解釋：膠子如同夸克一樣，由於色荷的存在而受到色禁閉的約束從而無法獨立存在。在統合了電弱理論和量子色動力學的基礎上，粒子物理學建立了一個能夠描述除重力以外的三種基本交互作用及所有基本粒子的規範理論——標準模型，二十世紀中葉以來高能物理的所有實驗成果都符合標準模型的預言。然而，標準模型不但無法將重力，以及近年來提出的暗物質與暗能量包含在內，它所預言的希格斯玻色子的存在還沒有確鑿的實驗證實，它也沒有解釋微中子振盪中的非零質量問題。2008年起在歐洲核子研究組織開始運行的大型強子對撞機的主要實驗目的之一，就是對希格斯玻色子的存在性進行驗證；2013年3月14日，歐洲核子研究組織發表新聞稿正式宣布探測到希格斯玻色子。
力學主要可分為古典力學及量子力學。若以發現的時間來看，古典力學較早被發現，啟源於牛頓的運動定律，量子力學則是20世紀初才由許多科學家所創立。古典力學主要研究低速或靜止的宏觀物體。克卜勒、伽利略，尤其是牛頓是古典力學的奠基人。量子力學應用範圍較廣，不過主要是針對微觀的物質。根據對應原理，量子數相當大的量子系統可以與古典力學中的行為模式相對應，使得量子力學及古典力學不會相衝突。量子力學可以解釋及預測分子、原子及基本粒子的許多行為。不過針對一般常見的巨觀系統，若使用量子力學會複雜到無法處理粒子間的交互作用，因此，巨觀系統透過古典力學的方式處理仍較為恰當。
理論粒子物理學試圖研究和能夠解釋今天的實驗結果和能夠預言未來的實驗結果的模型、理論構架和數學工具。今天在這方面有許多不同的努力。一個重要的工作點是更好地理解標準模型理論和其實驗結果，從試驗中獲得更精確的參數，這個工作點測試標準模型理論的極限來擴大我們對自然的理解。這個工作最大的困難在於量子色動力學中對多個物體計算時的困難。一些理論家將他們的精力集中在有效場論。另一個重要的工作點是建立超出標準模型理論的模型。由於今天的實驗數據還不夠，這個工作非常困難。新的理論結構有超對稱、阮桑模型、前子理論等等。第三個重要的工作點是弦理論，其目的在於建立一種基於微小弦與膜而不是基於粒子的理論來統一描述量子力學和廣義相對論。如果這一理論取得成功，可以被看作一種萬有理論。此外還有一些其它的理論工作如迴圈量子重力理論等。