芝加哥大学物理学博士项目共有10个专业分支，分别是
1）Accelerator Physics加速器物理：该分支主要研究粒子束和光子束及其相互作用，其目的是开发新型加速器或辐射装置。
2）Astrophysics天体物理学：芝加哥大学是观测天体物理学跨学科研究的主要中心，也是理论天体物理学跨学科研究的领导者。目前的研究领域包括开发巨型空气淋浴阵列；通过卫星和深空任务研究太阳、磁层和日光层现象;研究致密云芯的磁场结构，以及研究暗物质的性质，等离子体物理和磁流体动力学，超高能宇宙射线过程，太阳和恒星天体物理学和天体物理流体动力学等领域。
3）Atomic Physics原子物理学：从实验方面主要研究强相互作用的量子气体和工程量子材料；激光冷却和捕获中性原子，以研究超低温下的多体物理学，以及玻色气体中超冷络合分子的形成和费米气体中的库珀对等。从理论角度来看，主要研究超冷费米子超流体理论和BCS-BEC交叉；原子、分子和团簇的电离动力学和内壳物理学;VUV和X射线系统中的强场和电子相关效应;低能电子与分子的碰撞等。
4）Biological Physics生物物理学：研究领域包括细胞动力学、进化与生态和神经三部分。
5）Condensed Matter Physics凝聚态物理：这项研究的主要地点是跨学科的詹姆斯·弗兰克研究所。研究主题包括正常和超导纳米晶体和阵列中的光学和电子传输；超低温下的集体效应，包括（分数）量子霍尔效应、涡隧穿、金属绝缘体跃迁和磁量子临界点；重费米子、有机和高 Tc 超导体的对称性破坏和波动等。
6）Cosmology宇宙学：观测宇宙学的研究由恩里科·费米研究所组织。包括使用地面和空间探测器研究宇宙微波背景辐射光谱和各向异性；在宇宙背景辐射中寻找偏振；星系团的Sunyaev-Zelodovich效应的测量；星系际辐射场的测量。
7）General Relativity广义相对论：芝加哥大学的广义相对论小组从事经典和量子引力等各种主题的研究，并涉足天体物理学、凝聚态理论和数学物理学。
8）Nuclear Physics核物理：研究包括核多体系统的研究；核结构和相互作用；天体物理学中的核反应；极端条件下的核物质；稀有同位素的生产，冷却和捕获；基本相互作用和对称性的低能实验等。
9）Particle Physics粒子物理学：这项工作包括基于加速器的实验，使用核反应堆的研究以及从天体物理来源检测新粒子。这项研究在恩里科·费米研究所内进行，在许多情况下是与其他部门的教师联合进行的。目前在高能物理学方面的研究包括在欧洲核子研究中心使用大型强子对撞机研究p-p相互作用;在大型强子对撞机等加速器附近的专门实验中搜索弱相互作用和长寿命粒子等。
10）Quantum Science量子科学：芝加哥量子交易所（CQE）将广泛的量子科学研究领域的领先研究人员和机构联系起来。CQE研究人员和机构推进了理论和实验量子科学与工程，具有广泛的影响潜力，包括开发可以解决以前无法解决的问题的计算机，可以检测环境中最微小变化的传感器，以及新型牢不可破的加密和远距离安全通信。
