从结构上看，物理学是由理论和实验两部分组成，物理学家可分为理论物理学家及实验物理学家两大类。在理论方面没有做出成就而在实验方面有成就的是实验科学家，比如丁肇中、吴健雄。在理论方面有成就而在实验方面没有成就的是理论科学家，比如杨振宁、李政道。在理论及实验方面都做出了成绩的科学家是双料科学家，比如牛顿、费米。在科学体系越来越庞大的今天，既是理论物理学家又是实验物理学家的情况已变得越来越少，费米经常被认为是最后一位双料物理学家。
从物理学史中看，最伟大的那些物理学家以理论物理学家居多，麦克斯韦、爱因斯坦、玻尔、狄拉克等等都是理论物理学家。但这并不能成为理论物理比实验物理重要的理由。实验和理论都是物理的组成部分，两者缺一不可。你很难界定出究竟是理论重要还是实验重要。
理论物理学家的工作离不开实验（观察），他们的工作往往需要从已知的实验数据中发现具有普遍意义的思想或数学公式，他们给出的公式不仅要解释现在的现象，还要预言出未曾测量过的结果。从历史上看，物理学能够得到牢固的建立离不开实验。牛顿将使月球绕地球转的力和使苹果下落的力统一在一起，就是依靠实验的观测数据证明了它们都是遵循与距离的平方成反比。之后根据理论计算预言出海王星的位置更是引起了巨大的轰动，理论才牢固地扎根在人们心中。
现在的理论物理学家往往不需要亲自做实验，但往往需要他们给出验证假说的实验方案。或者根据已有的科学原理及自己的假说进行实验设计，依靠思维完成实验过程。后面这种实验叫做思想实验，爱因斯坦这位理论物理学家就擅长设计思想实验，他和玻尔就量子力学进行争论时就设计过很多有名的思想实验。
虽然很难再有伟大的双料物理学家，但不论是理论物理学家还是实验物理学家，都不会只拘泥于理论或实验的其中一方面，因为理论加实验才是完整的物理。
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