La thèse, bien plus qu’un travail personnel, est une aventure qui prépare aussi bien au métier de chercheur qu’à l’enseignement. A côté de leurs recherches qui s’effectuent toujours sous les auspices d’un professeur, les futurs «docteurs» doivent encore suivre cours et colloques ainsi que diriger des travaux pratiques et donner des séminaires. La thèse s’inscrit le plus souvent dans le domaine de spécialisation que l’étudiant a choisi en troisième année de bachelor ou lors de son Master. Elle doit généralement se conclure dans un délai de trois à cinq ans.
L'admission dans le programme doctoral de la Section de physique requiert un Master en physique d’une université qui adhère au système européen d’études, dit système de Bologne, ou un titre universitaire jugé équivalent. Il faut ensuite être accepté par un professeur de la Section de Physique qui dirigera la thèse.
Les études doctorales consistent en trois volets :
- Etudes spécialisées, dans le cadre de l'école doctorale de la Section de Physique
- Participation active aux colloques, séminaires et écoles spécialisées, organisés par la Section et ses départements
- Travail de recherche personnel dans le groupe de recherche du professeur responsable