1902年，京師大學堂（北大前身）設數學物理部，這是我國數理學科高等教育的開端。1913年，北京大學設物理門（後改名為物理系），這是我國最早的物理學本科專業。抗戰時期由北大、清華、南開三校在昆明成立的西南聯合大學的物理系裡培養了李政道、楊振寧、朱光亞、鄧稼先等一大批傑出的科學家。1952年院系調整，原北大、清華、燕大三校物理精英合併成新的北京大學物理系，聚集了一大批中國物理界的領袖人物，使北大物理系成為中國高校中首屈一指的物理學研究與人才培養基地。北大物理學科為國家培養了大批優秀人才，其中包括105名兩院院士。23名"兩彈一星"元勳中，有12名在北大學習和工作過。2001年5月18日，作為建設世界一流大學的重要舉措，北京大學物理學院成立。物理學院由原物理系全部、原地球物理系的大氣科學專業、原技術物理系的核物理專業及輔助機構、原天文學系全部、原重離子物理研究所全部，以及一些交叉研究機構合併組成，教職員工共320人，學生共1500人。合併後的物理學院，實驗設備精良，師資隊伍一流，擁有13名中科院院士、8名長江特聘教授、11名國家傑出青年基金獲得者、1名973項目首席科學家、77名教授、78名博士生導師，1個國家重點實驗室、2個教育部重點實驗室，物理學和大氣科學兩個國家基礎研究和教學人才培養基地，8個國家級重點學科：理論物理、凝聚態物理、光學、天體物理、粒子物理與原子核物理、大氣物理學與大氣環境、氣象學、核技術及應用，8個博士點和4個博士後流動站，總體學科實力居國內高校首位。
北大物理學科在學科建設方面屢開中國之先河，一直走在全國高校前面。北大物理學科涉及的研究方向包含理論物理、凝聚態與材料科學、現代光學、納米技術、生物物理、天體物理與宇宙學、粒子物理與核物理、核技術極其應用、大氣科學等，涵蓋了物理科學的主要研究領域。本科教學體系中西結合，在優良傳統基礎上不斷改革創新，培養物理基礎寬厚紮實、綜合素質優秀、適合在多種領域工作的傑出人才。
物理學院實行多樣性、個性化的培養模式。本科生入學時不分專業，在教學計劃和導師指導下自主設計課程方案。學生在入學後的第四學期可以在物理學、天文學、大氣科學三個專業中自由選擇。學院設立了12位教育、教學經驗豐富的老師組成的本科生業務指導委員會指導學生學習。學生在完成本專業學習後，還有餘力者，既可以在物理學院內，也可以在全校範圍內選擇第二個學位，即雙學位。基礎課課程大都由具有豐富教學和科研經驗的教授擔任，經過幾十年的積累，形成了優良傳統，同時不斷改革創新。有的課程聘請外國專家用英語講授。物理學院注重培養學生的發現、分析和解決問題的能力。從二年級末開始，約近三分之一的同學將參加李政道學生設立的本科生科研基金和其它基金項目或綜合物理實驗、導師資助的科學研究項目等，增強創新能力。
物理學院下設物理學、大氣科學、天文學三個國家一級學科專業。2006年物理學院按照學院招收200名本科生，包括為中國工程物理研究院招收的10名定向培養學生。
物理學專業
北大物理學專業師資雄厚，設備先進，學術氣氛濃厚。幾十年來，幾乎所有物理學的主要基礎和專業課程的教材均首先出自北大，並在全國廣泛使用，深刻影響並推動了中國物理的教學和人才培養。自1987年以來，獲國家特等獎、一等獎的教材和教學研究項目已有16項，在全國高校中遙遙領先。北大物理在科學研究及學科建設方面也屢開中國之先河，一直走在全國高校前面。北大物理學科是1991年評定的全國第一批理科基礎研究和教學人才培養基地。經過8年的建設，於1999年11月通過了教育部組織的專家組驗收評估，歷次被評為優秀基地點。
北大物理學科具有教學和人才培養的優秀傳統，匯聚了一大批我國老一輩物理學家和著名學者。近年來，又引進了一批活躍在科學研究第一線的年富力強的青年學者，為物理系的教師隊伍增添了新鮮血液。物理學專業現有中科院院士9名，長江特聘教授7名、國家傑出青年9名，教授70多名，博士生導師50多名，副教授50多名。擁有一個國家重點實驗室及一個教育部重點實驗室，設有理論物理、凝聚態物理與材料物理、光學、粒子物理與核物理、核技術及應用等五個二級學科，包括物理學的眾多研究方向，具有物理學一級學科博士學位授予權，設有兩個博士後流動站。
物理學專業即是活躍的物質世界基礎研究前沿，又是現代高科技的基礎。受到良好物理教育的學生，即適合在微觀、介觀和宇觀物質科學前沿從事研究，同時在信息科學、生物工程、通訊、航天、新材料開發、新能源等方面也有獨特的優勢。在科學技術飛速發展的時代，物理學院的畢業生由於基礎寬、能力強而具有很好的就業前景和廣闊的就業領域，比如國內外物理學研究、高等教育、材料科學技術、信息產業、生物技術、能源技術、高科技產品開發、企業管理、金融研究和管理等等。
物理學科最近幾年的本科畢業生約百分之五十多在國內攻讀碩士或博士學位，約百分之三十多獲得美國、歐洲的著名大學的獎學金出國深造，本科畢業時直接參加工作的學生只有百分之十幾。物理學院對本院上世紀八十年代本科畢業生進行的問卷調查，得到他們的就業領域分布百分比為：科研、教育32%；IT業28%；金融、貿易、商務、諮詢13%；半導體14%；生物產業2%；傳統工業類6%；文體、衛生2%；律師1%；新聞媒體1%等等。他們都認為物理學習為他們後來的發展打下了終生受用的牢固基礎。
大氣科學專業
大氣科學以地球大氣為主要研究對象，是一門兼容理論和應用的科學，其研究在於了解大氣的物理、化學與動力性質，包括大氣的狀態、現象與變化，並進而對大氣環境進行預測及改造。此外，大氣科學還包括大氣與地面、海面、及生物圈之間的相互作用。在環境科學、海洋學、人類活動及日常生活等各方面都有廣泛的應用。
大氣科學系前身是1952年成立的北大物理系氣象專業。90年代中為推行大學以素質教育為主的教改方針，改設大氣科學專業，在此基礎上，於2001年在物理學院建立了大氣科學系。本科設大氣科學（一級學科）專業，並設有國內大學唯一的大氣科學本科基礎人才培養基地。研究生設大氣物理學與大氣環境、氣象學（二級學科）兩個碩士和博士學位點，這兩個學科都是國家重點學科。還設有大氣科學博士後流動站、暴雨監測和預報重點實驗室。
本系經過50多年的建設發展，已具備了堅實的教學科研基礎。現有8位教授和1位兼職教授，其中中科院院士2位。中青年副教授14位。近年來，本學科加強了對環境、生態、災害等研究，承擔和主持了多項國家的重大科研課題，並獲得多項國家級的獎勵。本專業與國外有密切的合作交流，與美國、香港、臺灣等地多所大學或研究中心建立了合作夥伴關係，與韓國的大學共同建立了中韓大氣科學研究中心。來自美國、日本和港臺的多位知名學者受聘為客座教授。有外國教師進修深造並有外國留學生在此學習。每年都有本專業的大學生、研究生或教師出國深造，其中研究生出國深造平均達80%以上。
大氣科學係為大學生的學習提供了良好的學習環境，有多個實驗室和一個大氣觀測場可供學生使用，有計算機群、氣象衛星和GPS接收處理系統、雷射雷達和大氣氣溶膠探測系統等先進設備提供教學和科研使用。除了數理基礎、外語和學科訓練外，大氣科學專業著重計算機、信息、環境等相關領域的發展，向廣大同學提供了自由而健全的發展方向。在學習研究大氣環境的同時，也能培養出較強的適應社會環境的能力和出色的個人素質。大學畢業後可在科研機構、高等院校、企事業單位從事大氣科學、環境科學、海洋科學等相關學科領域的研究、開發和管理等工作。也可繼續攻讀大氣科學以及相關技術學科、交叉學科的研究生學位或出國深造。目前，應學科整合調整、加強素質教育的需要，本系大氣科學專業的教育遠景為：培養具有宏觀視野的人才，除具備堅實的數理、外語基礎和大氣科學專業知識外，還能對整個環境及地球系統有深刻了解，為人類可持續發展、全球變化及未知世界開創新局面。
大氣科學系真誠邀請您加入我們的團隊，共同探求風雨雷電的奧秘。
天文學專業
天文學是研究天體和宇宙的科學，它以各種現代尖端技術作為探測手段，收集和處理來自宇宙的全波段電磁輻射和其它信息，不斷加深和改變人類對宇宙的認識，是當代自然科學的核心和前沿學科之一。天文學和物理學的結合產生了天體物理學，使天文學進入了研究天體的物理狀態和過程、探討天體和宇宙結構和演化的新階段。
北京大學天文學繫於2000年正式成立，它的前身是北京大學地球物理學系天文專業，2001年進入物理學院。四十多年來，北京大學天文學科已為國家培養了數百名優秀畢業生，其中三人成為中科院院士，五人先後擔任天文臺臺長、副臺長。相當一部分畢業生已成為目前國內外天文學界的重要學術骨幹，為我國天文事業的發展做出了重要貢獻。
北京大學天文學系是在北京大學和中國科學院雙方領導的大力支持下建立的。它與北京大學和中國科學院共建的北京天體物理中心構成了一個有機的整體。聯合辦學充分發揮了雙方各自的優勢，進一步增強了師資力量，改善了辦學條件，促進了雙方在人才培養、科學研究等方面的緊密合作。
北京大學天文學系設有天體物理專業碩士點、博士點和博士後流動站。現有教授7人（其中中科院院士2人、長江特聘教授1人、博士生導師7人）、副教授4人，並聘請了十餘位國內外知名學者擔任兼職教授和博士生導師。天文學系的教師在星系和宇宙學、高能天體物理學、射電天體物理、分子天文學、氣體星雲物理和恆星物理等領域的研究中取得了多項重要研究成果，有的已達到國際先進水平。天文學系的教師與美國、德國、法國、英國、澳大利亞、加拿大、俄羅斯等國的天文學家建立了密切的合作關係。
目前天文學系設有天體物理和天文高新技術及其應用兩個培養方向。天體物理方向的培養目標是使學生掌握廣泛堅實的數學、物理基礎及豐富的天文學知識，並在計算機、外語和其它專業技能方面受到嚴格訓練，具有從事天體物理學研究的初步能力。天文高新技術及其應用方向的學生除達到上述培養目標外，還將掌握天文新技術及其應用的有關知識。由於天文新技術在相應領域的超前性，該方向的畢業生可從事高新技術的開發及應用或大型工程項目的管理工作，並能適應多方面工作的需要。近年來，天文學系畢業生中約有80%的學生被國內外著名的大學和天文研究機構直接錄取為研究生。
現代天文學充滿了挑戰，也充滿了機遇。熱烈歡迎有志於天文事業的同學加入我們的隊伍。