पीआरएल की स्थापना के तुरंत बाद  यहां सैद्धांतिक भौतिकी समूह प्रारंभ किया गया था। नाभिकीय भौतिकी की गतिविधियों से प्रारंभ करते हुए, यह प्लाज़्मा भौतिकी और जटिल प्रणालियों में विविधीकृत हुआ। अस्सी के दशक के मध्य में, सैद्धांतिक भौतिकी समूह ने अपनी सैद्धांतिक उच्च ऊर्जा भौतिकी गतिविधियों का विस्तार किया, और नब्बे के दशक के मध्य में, खगोलकण समूह प्रारंभ किया गया। पिछले दशक के दौरान, प्रमुख वैज्ञानिक क्षेत्र जैसे कि कोलाइडर भौतिकी, न्यूट्रिनो और फ्लेवर भौतिकी, खगोलकण भौतिकी और ब्रह्मांड विज्ञान, दृढ़ अन्योन्यक्रिया भौतिकी, जटिल तंत्र, उच्च Tc अतिचालकता और परमाणु भौतिकी का अन्वेषण किया गया। 

प्रभाग में किए गए अनुसंधान को व्यापक तौर पर निम्नलिखित विषयों और अनुसंधान गतिविधियों में कार्यरत सदस्यों में वर्गीकृत किया जा सकता है: (1) कोलाइडर भौतिकी, न्यूट्रिनो भौतिकी, फ्लेवर भौतिकी और मानक मॉडल से परे, (2) क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स, क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा, परमाणु भौतिकी (3) खगोलकण  भौतिकी एवं ब्रह्मांड विज्ञान और (4) अपारंपरिक अतिचालकता, इलेक्ट्रॉनिक ट्रांसपोर्ट सिद्धांत, पथप्रदर्शक (आइटिनरेंट) चुंबकत्व, बोस संघनन, दृढ़ता से सहसंबद्ध प्रणाली और संस्थानिक तत्व।

अनुसंधान के क्षेत्र

- प्रारंभिक कण भौतिकी के सैद्धांतिक और परिघटना संबंधी पहलू: कोलाइडर भौतिकी, न्यूट्रिनो भौतिकी, फ्लेवर भौतिकी, प्रिसिशन भौतिकी, CP उल्लंघन, मानक मॉडल से परे भौतिकी

– क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा, क्वांटम क्रोमो-डायनामिक्स (QCD) चरण संक्रमण

- गुरुत्वाकर्षण, ब्रह्माण्ड विज्ञान और खगोलकण  भौतिकी: स्फीति, अदीप्त पदार्थ, प्रारंभिक ब्रह्मांड, ब्रह्माण्डीय सूक्ष्म तरंग पृष्ठभूमि विकिरण, गुरुत्वाकर्षण तरंगें

- परमाणु भौतिकी: बोस-आइंस्टीन संघनन, प्रवर्धन क्वांटम गैस

- संघनित पदार्थ भौतिकी: (अ) पारंपरिक अतिचालकता, संघनित पदार्थ प्रणालियों में संस्थानिकी

- मौलिक अनुसंधान में कृत्रिम बुद्धिमत्ता और गहन मशीन अध्ययन

पीएच.डी. कार्यक्रम के लिए अनुसंधान विषय