Từ Tổ Vật lý trực thuộc Khoa Khoa học Tự nhiên những ngày đầu thành lập Trường Đại học Tổng hợp Hà nội năm 1956 và sau 60 năm xây dựng và phát triển, Khoa Vật lý hiện nay đã có 14 đơn vị thành viên gồm 09 Bộ môn, 01 Trung tâm Nghiên cứu về Khoa học Vật liệu, 03 Phòng thí nghiệm nghiên cứu chuyên sâu và 01 Văn phòng Khoa. Cụ thể, 09 Bộ môn trực thuộc Khoa gồm có: Bộ môn Vật lý Lý thuyết, Bộ môn Vật lý Đại cương, Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Bộ môn Quang Lượng tử (Bộ môn Quang phổ trước đây), Bộ môn Vật lý Vô tuyến, Bộ môn Vật lý Chất rắn, Bộ môn Vật lý Địa cầu (Bộ môn Địa Vật lý trước đây), Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp (Phòng Thí nghiệm Nhiệt độ thấp trước đây), Bộ môn Tin học Vật lý. Tất cả các Bộ môn đều tham gia đào tạo bậc Đại học và Sau đại học đồng thời thực hiện các hướng nghiên cứu chuyên sâu theo mô hình Bộ môn truyền thống.

Trung tâm Khoa học Vật liệu được thành lập năm 1999 theo mô hình một trung tâm nghiên cứu mở với đông đảo cộng tác viên trong và ngoài Khoa tham gia. Bên cạnh các Phòng Thí nghiệm trực thuộc các Bộ môn, Khoa Vật lý hiện có 02 Phòng Thí nghiệm chuyên sâu (PTN) cấp Khoa là PTN Vật lý năng lượng cao và Vũ trụ học và PTN Tính toán trong Khoa học Vật liệu được thành lập năm 2007 xuất phát từ nhu cầu và năng lực nội tại của Khoa và xu hướng phát triển chung trên thế giới.

Năm 2016, Đại học Quốc gia Hà Nội đã ra Quyết định thành lập Phòng Thí nghiệm trọng điểm cấp Đại học Quốc Gia Hà Nội về Tính toán Đa cấp cho các hệ phức hợp và giao cho Khoa Vật lý trực tiếp quản lý. Phòng thí nghiệm tập trung nghiên cứu theo hướng Vật lý đa ngành hiện đại bao gồm cả Vật lý-Sinh học, Vật lý – Y sinh, Vật liệu sinh học. Phòng thí nghiệm hiện đang được Đại học Quốc gia Hà Nội tập trung đầu tư và có quy chế hoạt động đặc biệt với hai đồng Giám đốc. Các hoạt động nghiên cứu và đào tạo của PTN này có sự tham gia trực tiếp và họp tác chặt chẽ của nhiều nhà khoa học có uy tín trên thế giới như GS. Paolo Carloni (Đồng Giám đốc) thuộc Viện Nghiên cứu Julich thuộc Hiệp hội Helmholtz của Đức, GS. Nguyễn Mạnh Đức của Viện Năng lượng nguyên tử Vương quốc Anh …

Danh sách 14 đơn vị thành viên gồm 09 Bộ môn, 01 Trung tâm Nghiên cứu về Khoa học Vật liệu, 03 Phòng thí nghiệm nghiên cứu chuyên sâu, và 01 Văn phòng của Khoa Vật lý:

  1. Bộ môn Vật lí Đại cương
  2. Bộ môn Vật lí Lý thuyết
  3. Bộ môn Vật lí Chất rắn
  4. Bộ môn Quang Lượng tử
  5. Bộ môn Vật lí Hạt nhân
  6. Bộ môn Vật lí Vô tuyến
  7. Bộ môn Vật lí Nhiệt độ thấp
  8. Bộ môn Vật lí Địa cầu
  9. Bộ môn Tin học Vật lí
  10. Trung tâm Khoa học Vật liệu
  11. PTN Tính toán trong Khoa Học Vật liệu
  12. PTN Vật lí năng lượng cao và Vũ trụ học
  13. PTN Tính toán Đa cấp cho các hệ phức hợp
  14. Văn Phòng Khoa