物理系是UIUC的理科王牌之一，也是美國主要的物理學研究和教育中心之一，一直雄居全美前八名、前九名，學術聲譽為世界級。

UIUC物理系教授和畢業生曾5次登上諾貝爾物理獎榜, 還有一名畢業生Rosalyn Sussman Yalow登上諾貝爾醫學獎榜, 她是全世界僅有的10名獲得諾貝爾科學獎的女性之一。另外, 電子工程系畢業生、集成電路發明人Jack Kilby也曾獲得諾貝爾物理學獎。

凝聚態物理是物理學中規模和影響最大的分支。UIUC的凝聚態物理專業一直雄居全美第一。大名鼎鼎、兩次獲得諾貝爾物理學獎的巴丁(John Bardeen)發明了晶體管、提出了超導理論, 他在UIUC工作了40年、直到人生盡頭, 是物理系的鎮山之寶。好玩的是, 凝聚態物理大老、普林斯頓的Philip W. Anderson(科大少年班名人謝彥波、干政的導師)居然是UIUC附中畢業的。UIUC真是凝聚態物理的聖地。

與哈佛等一些學校不同, UIUC不喜歡雇名氣大卻已經沒有創造力的教授。UIUC有不少活躍在第一線的正當年的物理學家。以凝聚態物理為例。UIUC做理論凝聚態物理的人很多，而且搭配合理。如果想做理論強關聯，有剛剛獲得諾貝爾獎的Tony Leggett，還有Fradkin、Phillips、Stone; 想做計算物理, 有Ceperley這樣的計算物理大牛和Goldbart；想做統計物理和重整化群，則有Goldenfeld；如果你喜歡懷舊，可以去找Pines和Baym，他們會告訴你五十年前物理學裡發生了什麼事件。而且UIUC有非常出色的實驗凝聚態物理學家，比如因確定了高溫超導能隙對稱性而獲得Buckley獎的van Harlingen，還有最近剛剛竄紅的Yazdani，跟他們接觸可以獲得很多有價值的信息。UIUC凝聚態方向有四、五個教授在做光學相關的材料製備和物性研究。

UIUC物理系其它方向也是全美一流的, 比如粒子物理與原子核物理、生物物理、量子信息等等, 不必多說了。值得一提的是, Paul Kwiat和潘建偉一樣, 也是Anton Zeilinger組出來的, 前幾年剛從美國國家科學基金會NSF拿到了一筆近五百萬美金的量子信息研究經費, 他和UCSB的Dirk Bouwmeester(也來自Zeilinger組)堪稱全美量子信息方面的兩大牛人。

UIUC物理系新生代畢業生中，有Matthew P. A. Fisher這樣的後起之秀。他以前在UIUC讀PhD的時候，名義導師是Tony Leggett，但他一直跟Fradkin做研究。他在80年代末花了很多時間去研究從Mott絕緣體到超流或者超導的量子相變，2001年初Max-Planck的一個實驗室在實驗上成功地實現了從Mott絕緣體到超流體的量子相變，其理論依據之一就是M. P. A. Fisher等人的研究成果。他最近五年突然發飈，寫了無窮多的文章，在電荷分數化、拓撲序、規範場理論以及相漲落、准粒子局域化方面都做了很多很有價值的嘗試。他的好多篇文章被引用次數過超過一千次。

M. P. A. Fisher出生名門, 老哥是哈佛物理系教授Daniel S. Fisher, 老爸是Wolf物理獎獲得者Michael E. Fisher。據說M. E. Fisher早年一直喜歡Daniel超過Matthew，Daniel很早就立志做物理，而Matthew年輕時候的理想是拿奧運會田徑冠軍，不過後來也做了物理，而且很突出，現在是UCSB理論物理研究所教授, 曾獲得NSF頒發的沃特曼獎(Alan T. Waterman Award)，成為迄今為止僅有的獲得該獎的五個物理學家之一。哈佛校長薩默斯是歷史上唯一一個獲得該獎的經濟學家, 田剛是迄今為止僅有的獲得該獎的四個數學家之一。

差點兒忘了物理學界的傳奇人物、怪才Stephen Wolfram。Wolfram1959年出生於倫敦，15歲發表首篇理論物理論文，19歲到Caltech、一年內獲得理論物理學博士學位。1981年他成為歷史上最年輕的麥克阿瑟“天才”獎（MacArthur "Genius" Fellowship）獲得者。他早年研究粒子物理，後來轉搞元胞自動機，開創了複雜系統研究這一新領域。1986年起他在UIUC物理系做教授，在UIUC創辦了複雜系統研究中心。其間，1987年他在香檳城裡創辦了Wolfram研究公司，開始開發著名數學軟件Mathematica。Mathematica是有史以來最重要的科學軟件，使得人們可以隨心所欲地進行各種複雜的數學運算，被全世界各大學和科研機構廣泛使用。Wolfram因此也成為千萬富翁，於1988年離開了UIUC，開始逐漸遠離學術界，但仍然抽時間繼續關於自然界中複雜性的起源問題的研究。從1998年起，他既未發表過一篇文章，也沒有參加過一次學術會議。

2002年，Wolfram發表了一本1200多頁的大部頭《一種新科學》（A New Kind of Science）。他聲稱此書是科學史上最為重要的一部著作，他創造了“一種新科學”，他所做的一切不亞於牛頓的貢獻。他認為應該放棄微積分和其它常規數學工具，轉而採用簡單的“規則”，用這些簡單的規則所生成的圖案具有令人難以置信的多樣性和複雜性。他在書中給出幾個主要發現：向自然選擇學說作出挑戰；時間為什麼單向流逝；怎樣製造人造生物；解釋股市漲落；諸如從雷電到星系的複雜系統如何蘊藏著智能；樹葉、樹木、貝殼、雪花和幾乎所有其他東西的形狀為什麼是那個樣子的，等等。該書成為2002年夏天最暢銷的書，發行之後的一個星期里，初版五萬冊
就全部銷售一空。在出版後的六個月內，就有近200篇關於該書和該書作者的評述文章發表在包括《新聞周刊》（Newsweek）、《商業周刊》（Business Week）、《衛報》（The Guardian）、《每日電信》（The Telegraph）、《紐約時報》（The New York Times）、《連線》（Wired）等各大媒體上。頂尖科學期刊《自然》（Nature）也發表了一篇與該書有關的文章和一篇書評。Wolfram真是一位霍金式的科學家明星。

不少的中國科學院院士，比如吳式樞、施汝為、魏榮爵等等, 都曾在UIUC物理系獲得博士、碩士學位。理論凝聚態物理學家、中國科學院院士、清華大學物理系系主任朱邦芬也曾任UIUC物理系客座教授。另外, 在由李政道發起、大名鼎鼎的CUSPEA(中美聯合招收物理研究生)項目中, 有九百多名年輕學子出國深造，UIUC共錄取了19位中國學子, 其中有17位是歷次CUSPEA考試的前十名。科大少年班陳永聰是1983年CUSPEA全國第二名, 從UIUC畢業回國後, 26歲時成為科大最年輕的副教授、30歲時成為科大最年輕的教授。