无论是由于遗传因素、教育因素还是二者的综合影响，那些开创性的物理学研究往往是一项家庭事业。从杰出闪耀的伯努利家族到求知若渴的居里夫妇，许多著名的数学和物理学家庭都为拓宽人类对自然的认知做出了巨大的贡献。其中一个家族诞生了8位数学家，有些家族甚至多位获得诺贝尔奖。
美国物理学家约翰·巴丁因半导体工作及晶体管效应的发现而与他人共同获得1956年的诺贝尔物理学奖，并于1972年因超导的BCS理论再次获奖。巴丁因此而成为第一位、也是目前为止唯一一位两次获得诺贝尔物理学奖的人。他的大儿子詹姆斯则以广义相对论的工作而闻名，尤其是他对黑洞热力学公式推导所做出的贡献。
从1654年到1759年，伯努利家族的三代人中诞生了8位学者，他们为包括微积分学、流体力学、概率论和统计学在内的应用数学及物理学的基础研究做出了巨大贡献。第一代：雅各布、尼古拉斯和约翰是出生于瑞士巴塞尔的三兄弟。大哥雅各布和弟弟约翰都是著名的数学家。
丹麦物理学家尼尔斯·玻尔是20世纪当之无愧的物理学巨擘。他首次将量子概念应用于原子和分子结构中，为量子力学的发展奠定了基础，并因此获得了1922年的诺贝尔物理学奖。尼尔斯的儿子奥格因发现原子核结构于1975年获得诺贝尔物理学奖。
英国物理学家威廉·亨利·布拉格与其澳大利亚出生的儿子劳伦斯通过对X射线谱的研究提出了晶体衍射理论，并因此提出了布拉格定律，同时也改进了X射线分光计，因而获得1915年的诺贝尔物理学奖。时年25岁的劳伦斯是迄今为止最年轻的诺贝尔科学奖得主。
在几代人都从事物理研究的家族中，居里家族可谓首屈一指。玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里两人与亨利·贝克勒尔因在放射学方面的深入研究和杰出贡献，共同获得了1903年的诺贝尔物理学奖。居里夫妇的大女儿伊雷娜·约里奥-居里继承了家族传统，因为对人工放射性的研究和丈夫弗雷德里克·约里奥共同获得了1935年诺贝尔化学奖。
奥地利物理学家、哲学家恩斯特·马赫是最早开始研究超音速运动的科学家，马赫数的命名就是为了纪念他，同时他也为多普勒效应的发现做出了主要贡献。恩斯特和儿子路德维希·马赫曾共同工作，以捕捉冲击波的影踪。
罗伯特·奥本海默和他的弟弟弗兰克·奥本海默是美国历史上动荡时期与共产主义有关的伟大物理学家。1942年8月，罗伯特被任命为“曼哈顿计划”的实验室主任，建立了洛斯阿拉莫斯实验室，并于1945年领导制造出世界上第一颗原子弹，被誉为“原子弹之父”。
印度物理学家钱德拉塞卡拉·文卡塔·拉曼的父亲是数学和物理学家，他早在学生时期就开始了对光学和声学的研究。拉曼因发现光照射到分子上发生散射时波长会发生一定变化而获1930年诺贝尔物理学奖。
作为X射线光谱学的早期研究者，瑞典物理学家曼内·西格巴恩研发出X射线的高精度测量技术，推动了量子论和原子物理学的发展，并由此获得1924年的诺贝尔物理学奖。曼内的儿子凯·西格巴恩跟随父亲研究这一领域并成为激光光谱学的专家。
英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆逊是第三任卡文迪许实验室主任，以其对阴极射线和气体电导率的研究和发现电子的实验著称。1897年，汤姆逊在研究稀薄气体放电的实验中，证实了电子的存在，并测定了电子的荷质比，轰动了整个物理学界，也因此在1906年荣获诺贝尔物理学奖。