Výzkum v teoretické fyzice pokrývá (běžně i na jednom pracovišti) řadu fyzikálních oborů, které se svými metodami a postupy navzájem významně ovlivňují. Na MFF UK je teoretická fyzika v současné době rozvíjena na několika pracovištích, těžiště výuky a základního výzkumu v oboru je na Ústavu teoretické fyziky, který je garantem magisterského i doktorandského studia.
Vědecká činnost ústavu je především zaměřena na relativistickou fyziku, astrofyziku a kosmologii, kvantovou teorii a teoretickou atomovou, molekulovou a optickou fyziku, matematickou statistickou fyziku a počítačovou fyziku.
Tradici teoretické fyziky u nás lze vysledovat do samých začátků století, kdy na Univerzitě Karlově působil Ernst Mach, Albert Einstein, a poté vynikající čeští vědci jako např. prof. Záviška či prof. Trkal, kteří se zasloužili o přijetí a rozvíjení základních teorií moderní fyziky (teorie relativity, kvantové teorie). V poválečných letech se rozvoj teoretické fyziky pojí se jmény prof. V. Votruby (teorie jádra a elementárních částic), prof. M. Brdičky (mechanika kontinua, teorie relativity) a dalších.
Katedra teoretické fyziky vznikla na MFF UK v druhé polovině padesátých let. V jejím čele se postupně vystřídali prof. C. Muzikář, prof. M. Brdička, prof. V. Votruba, prof. L. Valenta.
V r. 1976 byla KTF administrativně zrušena a zhruba polovina pracovníků přešla na ostatní fyzikální pracoviště. Zbývající část přešla na nově založenou katedru matematické fyziky, jejímž vedoucím byl jmenován doc. J. Kvasnica. Tato katedra převzala pedagogické funkce zrušené KTF, jmenovitě odpovědnost za studijní směr teoretická a matematická fyzika a koordinaci přednášek z teoretické fyziky pro všechny obory. Zhruba polovinu pracovníků KMF tvořila skupina aplikovaných matematiků pod vedením prof. J. Nečase. Tato část se od KMF oddělila v r. 1981. V r. 1986 se prof. Kvasnica vzdal vedení katedry a vedoucím katedry byl jmenován doc. J. Bičák.
V r. 1991 byl název změněn na katedra teoretické fyziky. Název přiléhavěji vystihuje zaměření většiny pracovníků; návaznost na někdejší katedru teoretické fyziky je dána také kontinuitou úlohy, kterou katedra po celou dobu plní, především ve výchově studentů.
Na jaře 1994 byl prof. J. Bičák na základě konkursního řízení ustanoven vedoucím katedry do r. 1998.
Na podzim 1999 byla katedra přejmenována na Ústav teoretické fyziky.