La recherche en physique sur le site Marcelin-Berthelot du Collège de France s’inscrit dans la continuité d’une longue tradition, illustrée dans le passé par les laboratoires de Paul Langevin, Frédéric Joliot-Curie, Louis Leprince-Ringuet, Marcel Froissart et Pierre-Gilles de Gennes. L’Institut de Physique, qui a ouvert en 2014 après une rénovation complète, regroupe actuellement l’activité de recherche des équipes de chaire d’Antoine Georges (Matière condensée) et de Jean Dalibard (Atomes et rayonnement), et celles de plusieurs équipes accueillies. En appui à cette recherche, l’Institut de Physique comporte également une salle blanche pour la préparation d’échantillons, un atelier de mécanique équipé de machines à commande numérique de précision, et un secrétariat.
Le thème commun aux équipes de l’Institut de Physique est l’exploration du monde quantique, depuis la photonique et les processus élémentaires de l’interaction atome-lumière jusqu’à la physique de l’état solide et la supraconductivité. L’équipe accueillie « Physique quantique », fondée par Serge Haroche au sein du Laboratoire Kastler-Brossel et pilotée par Michel Brune et Jean-Michel Raimond, s’intéresse à l’électrodynamique quantique en cavité et à la simulation quantique. Les quatre autres équipes accueillies, dirigées par Benoît Fauqué, Caglar Girit, Alexei Ourjoumtsev et Marco Schiro, font partie d’un incubateur développé conjointement avec le CNRS. Son but est de fournir à de jeunes chercheurs un environnement matériel et intellectuel idéal pour faire émerger des projets de recherche innovants, jusqu’au point de maturité où ils pourront s’installer de façon permanente dans d’autres établissements.
De plus, l'institut comprend une branche des Sciences de l'Univers, incluant géophysique interne, externe, et astrophysique, de la formation planétaire jusqu'à la cosmologie.
