La physique atomique est le champ de la physique qui étudie les atomes en tant que systèmes isolés qui comprennent les électrons et le noyau atomique. Elle se concentre essentiellement sur l'arrangement des électrons autour du noyau et sur la façon dont celui-ci est modifié. Cette définition englobe tant les ions que les atomes électriquement neutres. Puisque « atomique » et « nucléaire » sont utilisés de façon synonyme dans le langage courant, la physique atomique est souvent confondue avec la physique nucléaire. Cependant, les physiciens considèrent que la physique nucléaire se concentre principalement sur le noyau atomique. La physique atomique considère toujours les atomes de façon isolée, c'est-à-dire qu'un modèle est toujours composé d'un noyau et d'électrons qui orbitent autour. Elle n'est pas concernée par la formation des molécules (même si la théorie physique en jeu est transposable), ni par la physique du solide. Elle considère les processus d'ionisation, d'excitation par les photons et de collisions entre particules atomiques. Il peut sembler que la modélisation d'atomes en isolation ne reflète pas la réalité. Les atomes peuvent former un gaz ou un plasma, où l'échelle de temps pour les interactions entre atomes est énorme comparée aux processus atomiques dont la théorie se préoccupe. En conséquence, les atomes sont la plupart du temps isolés dans la réalité. C'est pour cette raison que cette théorie est utile à la modélisation des plasmas et à l'étude de l'atmosphère, même si les deux contiennent d'énormes quantités d'atomes. Un électron peut être suffisamment excité pour échapper à l'attraction du noyau. On dit alors que le reste de l'atome est un ion, c'est-à-dire un quasi atome électriquement chargé. La plupart des domaines en physique sont soit théoriques, soit expérimentaux. Il en va de même de la physique atomique. Le progrès d'un domaine se fait la plupart du temps en s'appuyant sur deux piliers : (1) modélisation et (2) validation. Si la validation ne peut confirmer le modèle, ce dernier est à revoir.