2022年4月時点では、14のコースを理学専攻に設定した。
今後の共同研究の展開によっては、新しいコースを設置することなどが見込まれている。
各研究室とコースの関連については以下のPDFを確認してください。
（a）素粒子・ハドロン物理学
素粒子、ハドロンそして重力の基本法則とそこから導かれる現象を理解し、新たな物理法則の理論的研究を行う、もしくは加速器実験・非加速器実験による新粒子・新物理現象探索を行う。（b）（c）コースが扱う初期宇宙や高エネルギー天体現象の物理的基礎を与えるとともにその研究で連携し、新物理現象探索や量子場の理論の物性系の応用の研究において（d）（f）（g）コースと連携する。
（b）天文・宇宙物理学
星間物質と星・惑星の誕生、銀河・銀河団と進化並びに宇宙論的な現象を理解する。その手法は一般相対論・磁気流体力学などの宇宙物理学基礎理論に基づく理論的研究及び、電波・赤外線からX線・ガンマ線までの全波長域の電磁波と重力波に対する地上とスペース観測である。宇宙観測による新粒子・新物理現象探索の研究において（a）コースと連携し、またプラズマ物理学や観測手法論等は（c）コースと連携する。
（c）宇宙地球物理学
宇宙・太陽・地球を一つのシステムとして捉え、銀河宇宙、太陽・太陽圏、電磁気圏、大気圏に生起する多様な現象のメカニズムと相互作用を理論研究と観測研究の連携を通して解明する。（b）コースの宇宙・天体現象の研究と連携する。
（d）凝縮系物理学
結晶固体、準結晶、量子液体、液晶、コロイド、アクティブマターなど、膨大な数の粒子が集合することで生み出される現象を理解し、それに基づいて新奇な現象を解明する。（a）コースの場の理論や、（f）（g）（h）コースが扱う物質の研究と連携し、さらに（e）（h）（j）コースの物理学的基礎を与える。
（e）生物物理学
生命現象を物理学の研究対象と捉え、統計力学や、最新の顕微操作や分光技術、大規模な新規シミュレーションを用いて、第一原理的に理解することにより、生物の複雑な階層的かつ普遍的な法則を理解する。（d）コースと手法や基礎理論の開発の面で協働し、また（f）（g）（h）（i）（j）（k）（l）コースの研究と連携し、モデル化による物理学的基礎を与える。
（f）物理化学
化学的現象を物理学的な方法論を用いて解析することで、物質及び物質が生み出す現象を理解する。またそれらをもとに、新物質を生み出す。（g）（h）コースが扱う物質の研究と連携し、さらに（d）（e）（i）（j）コースの化学的基礎を与える。
（g）無機・分析化学
無機物質を中心とした化学反応の開拓、新奇物質の創製及び化学現象解明を行うとともに、化学現象を利用した分析のための新しい方法論を生み出す。また、無機物質が関与する生物学的現象の解明を行う。（f）（h）コースが扱う物質の研究と連携し、さらに（d）（e）（i）（j）コースの化学的基礎を与える。
（h）有機化学
有機物質を中心とした化学反応の開拓、新奇物質の創製及び化学現象解明を行うとともに、生物学的現象を化学的な視点から解明する。（f）（g）コースが扱う物質の研究と連携し、さらに（d）（e）（i）（j）コースの化学的基礎を与える。
（i）生命情報・システム学
生命現象をシステムとして理解するために、情報科学的な手法を取り入れて、生体システムの構成要素の同定と特性の解明、構成要素間のネットワーク構造の理解やシミュレーションを行う。（j）（k）（l）コースが扱う生命科学の各階層にシステム生物学的な視点を与えることで連携する。（e）コースの生物物理学や（h）コースの有機化学から、物理的、化学的な基礎を得る。（e）コースの生物物理学には、システム生物学的な基礎を与える。
（j）遺伝・生化学
生命現象をつかさどる生体分子や遺伝子、タンパク質をその構造や機能の観点から理解するために、分子構造解析や遺伝学、生化学を基盤とした解明研究を行う。（i）（k）（l）コースが扱うシステム、細胞、行動生態の研究と連携する。（d）コースの凝縮系物理学コース、（e）コースの生物物理学や（h）コースの有機化学から、物理的、化学的な基礎を得る。（e）コースの生物物理学には、生化学的な基礎を与える。
（k）形態・機能学
生物の発生、再生、生殖、それによって組織や器官や個体が作られる機能を、遺伝子と生体分子と細胞の機能の観点から解明するため、遺伝学、発生生物学、細胞生物学や生理学を基盤とした解明研究を行う。（i）（j）（l）コースが扱うシステム、遺伝子やタンパク質、行動や進化の研究と連携する。（d）コースの凝縮系物理学コース、（e）コースの生物物理学から、物理化学的な基礎を得る。
（l）行動・生態学
生物個体の生態や行動、生態系、進化など、マクロスケールでの生命現象の解明を行う。（j）（k）（l）コースが扱うシステム、遺伝子やタンパク質、細胞レベルでの研究と連携する。（c）コースの宇宙地球物理学から、地球科学的な基礎を得るとともに、同コースに生態学的な基礎を与える。
（m）学際理学
理学研究の広い意味での新学術を創成する。宇宙線実験を応用した考古学研究や地球科学研究や、生命現象を理解し、機能を合成により創生し、さらには制御につなげるための、分子科学的研究を行う。（a）-（l）の各コースと広く連携し、新しい研究分野開拓を行う。国際高等研究機構に所属する教員など、専攻外の審査員に加えた学際的な体制で学位審査を行う。
（n）国際理学
現行の国際コース（G30）を再編し、さらなる留学生の受入を行う。受け入れた留学生の学部学生時の履修状況に応じて後取り制度を柔軟に適用し、博士前期課程1年次の終わりごろをめどに（a）-（l）のコースに転コースできる。また国際理学コースのまま学際理学コースと同じく新しい研究分野開拓を行うこともできる。