Gewachsen aus dem Physikalischen Staatsinstitut in der Stadtmitte ist der Fachbereich Physik mit seinen Forschungs- und Ausbildungseinrichtungen heute auf drei Zentren verteilt:
An der Jungiusstraße in der Innenstadt befinden sich das Institut für Angewandte Physik mit dem Mikrostrukturzentrum und das I. Institut für Theoretische Physik.
Im Westen der Stadt in Bahrenfeld haben auf oder nahe dem Gelände des Deutschen Elektronen-Synchrotrons (DESY) das Institut für Experimentalphysik und das Institut für Laserphysik sowie das II. Institut für Theoretische Physik ihren Standort gefunden.
In Bergedorf im Südosten der Stadt ist seit langer Zeit schon die Hamburger Sternwarte angesiedelt.
