一、原子/分子/光学 （AMO） 物理（Atomic/Molecular/Optical (AMO) Physics）
AMO物理学探索光与物质的相互作用，使用和开发跨越从微波到X射线区域的电磁光谱的光源。这些不同的子领域通常被分组在一起，因为实验通常是小实验室规模的，有许多共同的技术，并且理论紧密地融合了量子和统计力学。研究动机范围从对理解自然基本特征的兴趣，如量子力学的概念基础，到以技术为导向的应用，如生物医学成像或量子计算。
二、生物物理学（Biological Physics）
生物物理学是一个研究领域，它使用物理学方法和途径来理解生物系统，例如遗传网络，细胞机械或动植物生理学。这是一个综合研究领域，通常与分子生物学、生物化学、系统生物学、纳米技术和生物工程等重叠。
三、凝聚态与材料物理（Condensed Matter & Materials Physics）
凝聚态和材料物理学（CMMP）的重点是了解我们周围物理世界中的基本定律是如何展开的。一个典型的系统由许多单独的颗粒或单元组成，这些颗粒或单元已经聚结成具有新的，通常是令人惊讶的特性的介质。在杜克大学，他们专注于凝聚态和材料物理学的两个领域：纳米级系统中的量子现象，以及非线性和复杂系统。
四、宇宙学与天体物理学（Cosmology & Astrophysics）
宇宙学和天体物理学研究有关宇宙的基本问题，例如它的起源，控制它的过程以及其组成部分的性质。杜克大学宇宙学小组由Dan Scolnic教授，Michael Troxel教授和Chris Walter教授组织而成，研究暗能量和暗物质的本质。该小组使用一些最大的天文巡天来对宇宙的膨胀及其组成进行最精确的测量。
五、实验核物理（Experimental Nuclear Physics）
核物理学是研究核物质的许多状态以及其他核子和亚原子粒子与它们的相互作用。这包括从暗物质和中微子物理学的低能量搜索到核目标的高能电子散射。杜克大学物理系是三角大学核实验室（TUNL）的主办方，来自杜克大学，北卡罗来纳大学教堂山分校和北卡罗来纳州立大学的研究人员共同工作。
六、数学物理（Mathematical Physics）
数学物理包括开发数学模型来理解物理问题。鉴于可以从量子理论到力学的数学方法解决的物理问题非常广泛，所以数学物理是一个非常广泛的研究领域。
七、高能物理（High Energy Physics）
高能物理（HEP）是对自然界最基本的组成部分的研究。它试图阐明物质的本质，使用加速器产生自大爆炸以来从未见过的能量，以及高能粒子的天然来源。杜克HEP小组由在达勒姆以及芝加哥，瑞士和日本的实验室工作的教职员工和学生组成。
八、成像与医学物理学（Imaging & Medical Physics）
杜克大学成像与医学物理学的工作分为两大类。一类是，他们开发了下一代技术，应用量子力学来提取现有模式中不常见的分子信息。另一类是，杜克物理学与医学物理学项目密切合作，其中一个主要推动力是验证、完善和共同配准现有的成像和治疗方式，使其在临床上有用。
九、非线性和复杂系统（Nonlinear & Complex Systems）
在杜克大学，非线性和复杂系统的研究通常是跨学科的。主要研究非线性动力学，混沌，模式形成和具有许多自由度的复杂非线性系统。
十、量子信息科学（Quantum Information Science)
量子信息科学是物理、工程和计算机科学边界的跨学科领域。一方面，该领域着眼于自然界对计算和通信的基本限制，另一方面，它研究更实际的问题，例如如何克服退相干和构建容错量子计算机。
十一、理论核与粒子物理（Theoretical Nuclear & Particle Physics）
对核和粒子现象的理论研究探讨了支配物质是什么及其行为的最基本规律。已知最基本的粒子如何结合在一起形成核子？
