La description des phénomènes physiques requiert des outils mathématiques de plus en plus fins. Les physiciens-mathématiciens abordent les grands sujets de la physique tels les phénomènes non-linéaires, la relativité générale, la mécanique quantique, la physique statistique, en utilisant, selon le problème considéré, les outils de l'analyse, de la géométrie, de l'algèbre ou des probabilités.
L'équipe du Département regroupe 2 grands champs : celui des méthodes de la théorie des groupes appliquées à la physique, particulièrement aux modèles intégrables classiques et quantiques, et celui des transitions de phase en dimension deux et, plus généralement, de la description de systèmes à plusieurs degrés de liberté.
Les professeurs travaillant dans cet axe sont :