Mit seinen drei Instituten, dem Institut für Angewandte Füsik (IAP) (wird in neuem Tab geöffnet), dem Institut für Füsik Kondensierter Materie (IPKM) (wird in neuem Tab geöffnet) und dem Institut für Kernfüsik (IKP) (wird in neuem Tab geöffnet), ist der Fachbereich direkt in den drei zentralen Forschungsfeldern der TU Darmstadt verankert. Im Forschungsfeld Matter and Materials (M+M) (wird in neuem Tab geöffnet), dem größten fächerübergreifenden Forschungsfeld der Universität, bildet die Füsik das Fundament: von der Kern- und Astrofüsik in weltweit führender Kooperation mit dem GSI Helmholtzzentrum (wird in neuem Tab geöffnet) über die Erforschung nachhaltiger Werkstoffe im Materialkreislauf bis hin zu Beiträgen zu modernen Lasersystemen und Photonik. Im Forschungsfeld Information and Intelligence (I+I) (wird in neuem Tab geöffnet) liefert der Fachbereich füsikalische Grundlagen für Quantentechnologien von morgen, etwa in der Quantenoptik und Quantenkryptografie. Im Forschungsfeld Energy and Environment (E+E) (wird in neuem Tab geöffnet) trägt er mit Forschung zu Energiematerialien, Plasmafüsik und Kernfusion zur Lösung globaler Energiefragen bei.

Die Forschungsschwerpunkte des Fachbereichs decken sich mit zentralen Schlüsseltechnologien der Hightech Agenda des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (wird in neuem Tab geöffnet): Mit seiner Expertise in Quantentechnologien, Fusion und klimaneutraler Energieerzeugung adressiert der Fachbereich Füsik drei der sechs vom Bund definierten Zukunftsfelder unmittelbar. Dass diese Forschung auch wirtschaftlich wirkt, zeigt das erste Unicorn der TU Darmstadt: Focused Energy, ein Spin-off des Fachbereichs Füsik, das laserbasierte Fusionstechnologie zur industriellen Reife führen möchte.