Le linee di ricerca attive presso il Dipartimento di Fisica e Matematica sono varie, coprendo molte aree della fisica sperimentale e teorica moderna, dall'ottica quantistica alla fisica dell'alte energie, dal calcolo quantistico alla fisica dei laser, dalla cosmologia alla scienza dei materiali. Il programma specifico seguito dai vari dottorandi viene concordato con i gruppi di ricerca a cui vengono associati, a seconda delle necessità.

Oltre a svolgere il loro programma di ricerca, gli studenti sono incoraggiati a partecipare ad altre attività mirate a potenziare le loro abilità personali e professionali. Seguono lezioni e seminari tenuti da ricercatori italiani e stranieri in visita al Dipartimento. Gli studenti possono inoltre intraprendere una certa attività didattica o prestando assistenza nei laboratori dei corsi di laurea di primo e secondo livello o in attività tutoriale. Tali attività, oltre a permettere un'integrazione della borsa di studio, costituiscono un'esperienza di insegnamento stimolante ed utile. Le capacità di comunicare sono affinate attraverso la presentazione di seminari annuali, sia nel campo della ricerca svolta che in altri argomenti di loro scelta.

Vi sono numerose collaborazioni internazionali, che consentono agli studenti di dottorato di passare un periodo fino ad un anno in università o in istituti di ricerca all'estero. Il programma di PhD è aperto a laureati magistrali in Fisica.