哪個理論是被指望能夠整合量子場論和廣義相對論?
大一統理論
從伽利略的時代算起，物理學發展的四百多年歷史中已經經歷了幾次大的統一：牛頓統一了「天上的」和「地上的」力學，馬克士威統一了電磁理論，格拉肖等人統一了弱交互作用和電磁交互作用。而嘗試將電弱交互作用和強交互作用統一起來的理論統稱為大一統理論，大一統理論將統一標準模型中的四種規範玻色子和傳遞強交互作用的八種膠子規範玻色子。當前被建議的大一統理論有很多，一般來說這些理論都做出了如下的關鍵性預言：磁單極子、宇宙弦、質子衰變等，時至今日還沒有上述的任何一種現象得到實驗的證實。如要通過實驗驗證大一統理論，粒子所需的能量要達到，這已經遠遠超過現有的任何粒子加速器所能達到的範圍。在大一統理論以外，還存在著如何將重力納入量子理論的問題。二十世紀中葉之前愛因斯坦等人所做的古典統一場論工作試圖在古典理論的框架下將電磁場和重力場統一起來，事實證明這些理論都是不成功的。標準模型中沒有描述萬有引力交互作用，在現有的量子場論手段下重力場的量子化會帶來不可重整化；而物質的量子化和時空的幾何化兩者沒有任何相容性，廣義相對論中不可避免地有曲率無窮大的微觀奇異點存在，這些情況都要求有一個量子化的重力理論的建立。根據估計，對於這樣一個能夠將大一統理論和重力理論統一起來的萬有理論，實驗驗證所需的能量將達到普朗克能量的量級：1019百萬電子伏特。
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。
量子力學將力學延伸到古典力學以外的範圍，而愛因斯坦的廣義相對論及狹義相對論也將原來牛頓及伽利略的力學擴展到更大的範圍。在物體速度接近光速時，因相對論而產生的效應會主導物體的行為，也會使其速度不會超過光速。量子力學也需要配合相對論進行修正，量子場論就是量子力學和狹義相對論的結合。不過量子場論和廣義相對論目前仍無法整合，這是大一統理論希望可以克服的問題。在力學中，常用到一個名詞物體。物體可能是質點、拋體、太空船、星星、某些流體、某些固體、某些機械或某些土木建築。力學中的一些分支也和所探討的物體特性有關。例如質點就是小的物體，在古典力學中只視為一個有質量的點。而剛體有固定的大小及尺寸，不允許形變，和質點比較，剛體增加了一些稱為自由度的參數，例如在空間中的方向。物體也有可能是可允許形變的半剛體，如彈性體，或者根本沒有固定的形狀，如流體。這些物體可利用古典力學的方式研究，也可以利用量子力學來分析。例如一顆棒球的運動常使用古典力學來分析，而原子核內質子及中子的行為則通常會用量子力學來描述。
科學與非科學的區分被稱為劃界問題。例如，精神分析應該被認為是科學嗎？所謂的「創世科學」、膨脹的多重宇宙假說、宏觀經濟學是科學嗎？卡爾·波普爾稱這是科學哲學中的核心問題。然而，對於該問題，沒有一種統一的說法贏得了哲學家普遍的接受，有些人甚至認為此問題無法解決或沒有意義。早期，邏輯實證主義者嘗試將科學建立在觀測之上；相應的，非科學則是非觀測的，因此毫無意義。波普爾認為，科學的核心屬性是可證偽性。也就是說，每一個真正科學的說法是有可能被證明是錯誤的。偽裝成科學，試圖得到本來沒有能夠實現的合法性，這樣的一個領域，就被稱為偽科學、邊緣科學，或垃圾科學。物理學家理察·費曼提出了「草包族科學」一詞：研究人員認為他們正在做科學，因為他們的活動具有科學的外表；但實際上他們缺乏「那種徹底的誠實」，讓他們的成果進行嚴格的評估。各類商業廣告宣傳，從炒作到欺詐，都可能屬於這些類別。