Il Dottorato di Ricerca in Fisica intende formare giovani fisici capaci di affrontare con successo le moderne tematiche di ricerca e quindi pronti ad intraprendere la carriera accademica o ad entrare nel mondo del lavoro con le competenze necessarie per guidare la transizione all'innovazione, alla sostenibilità e alla cooperazione ad ogni livello. A tal fine il corso fornisce conoscenze avanzate, addestra al lavoro in laboratorio e all'inserimento in gruppi di ricerca fondamentale o applicata e prepara giovani con spiccate qualità di comunicazione al trasferimento delle conoscenze e alla divulgazione scientifica nella società. Il primo anno di corso è dedicato alla formazione su argomenti specifici che vanno dalla fisica delle interazioni fondamentali, sia teorica sia sperimentale, alla fisica della materia aggregata, dei sistemi complessi e dei sistemi biologici, fino alle applicazioni in ambito astro-particellare e nella scienza dei materiali. Gli studenti sono liberi di scegliere corsi avanzati nazionali ed internazionali erogati dalla nostra o altre Università o Istituti di Ricerca. Ogni dottorando segue un programma dettagliato, concordato con il supervisore e approvato dal Collegio dei Docenti. Il secondo e il terzo anno sono dedicati all'attività di ricerca con la supervisione di un responsabile scientifico ed eventualmente di un co-supervisore. La partecipazione a seminari e conferenze è fortemente incoraggiata, come pure la collaborazione e lo scambio scientifico anche con altri prestigiosi gruppi di ricerca.
Alla fine del secondo anno, ogni dottorando illustra in un seminario formale le attività scientifiche svolte, i risultati ottenuti e i possibili sviluppi futuri. Alla fine del terzo anno, il dottorando redige la tesi di dottorato che viene valutata da revisori esterni nazionali e internazionali e presentata al Collegio dei Docenti. Dopo l'approvazione, le tesi vengono difese nell'esame finale davanti ad una commissione nominata dal Rettore dell'Università.