Znanstvena djelatnost Zavoda za teorijsku fiziku obuhvaća sljedeće discipline teorijske fizike:

• opis svojstava svjetlosti u fotoničkim strukturama, solitona i plazmona, te pratećeg razvoja novih materijala;
• ultrahladne atomske plinove s naglaskom na višečestične efekte izvan ravnoteže i analogije s optičkim sustavima;
• razvoj mikroskopskih modela za opis svojstava osnovnog i pobuđenih stanja egzotičnih atomskih jezgara daleko od doline beta-stabilnosti;
• primjena mikroskopskih modela pri opisu procesa sinteze kemijskih elemenata tijekom evolucije zvijezda;
• istraživanja osnovnih repeticija i repeticija viših redova u nekodirajućem dijelu DNK molekule;
• razvoj modela samoorganizacije citoskeleta u biofizici stanice;