Кафедра теоретичної фізики була заснована в 1928 році і є першою спеціалізованою кафедрою університету.
Підготовка ведеться за трьома освітніми рівнями (бакалавр, магістр, доктор філософії (PhD)), спеціальність — 104 «Фізика та астрономія». В рамках цієї спеціальності функціонують аспірантура й докторантура за спеціалізацією «Теоретична фізика». Професори кафедри є членами діючої спеціалізованої вченої ради Д 08.051.02 із захисту докторських дисертацій за спеціальностями «Теоретична фізика» та «Фізика твердого тіла», яку на протязі 25 років очолює професор В. В. Скалозуб.
До 2010 року кафедра теоретичної фізики проводила підготовку вчителів за спеціальністю «Фізика та основи інформатики». У 2017 році отримано ліцензію на підготовку фахівців за першим освітнім рівнем (бакалавр) за спеціальністю 014 «Середня освіта (Фізика)».
Основні напрями наукової роботи кафедри:
- квантова теорія поля, фізика високих енергій та елементарних частинок, пошуки нових частинок за рамками Стандартної моделі (керівник – проф. В. В. Скалозуб);
- теорія мезоскопічних квантових систем, квантовий транспорт через резонансні системи (квантові точки та кантові діоди) (керівник – проф. В. В. Скалозуб);
- теорія нерівноважних процесів, гідродинаміка плазми, статистична теорія твердого тіла, критичні явища в конденсованій речовині (керівник – проф. О. Й. Соколовський);
- теорія гравітації та космологія, космологічні конфігурації загальної теорії відносності та теорії Калуци-Клейна, моделі гравітаційного колапсу (керівник – проф. В. Д. Гладуш).
Кафедра має значні успіхи в підготовці кадрів вищої кваліфікації й участі в міжнародних проектах. Вона стала базою для проведення у 2007 – 2013 рр. міжнародних шкіл-семінарів «Нова фізика та квантова хромодинаміка в зовнішніх умовах» (NPQCD).
Співробітництво під керівництвом В. В. Скалозуба розвивається на базі досліджень на Великому гаднонному колайдері: ЦЕРН (Женева, Швейцарія), Ecole Polytechnique (Париж, Франція), групи теоретиків Лейпцизького університету (Німеччина), філії Міжнародного центру теоретичної фізики (Гомель, Білорусь). Є традиційні зв'язки з ОІЯД.