В 1932 Иоффе впервые указал на возможность использования полупроводников для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую и для создания охлаждающих устройств. Руководимым им коллективом был создан первый в мире термоэлектрогенератор, а затем создано полупроводниковое термоэлектрическое охлаждающее устройство (1950).

Магнетизм. Многое достигнуто советскими физиками в учении о магнетизме. Построена первая квантовомеханическая теория ферромагнетизма (Я. И. Френкель, 1928); доменная структура ферромагнетиков получила объяснение в работах Я. Г. Дорфмана, Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшица. В 1930 Ландау выполнил классические исследование диамагнетизма свободных электронов. Им же было предсказано явление антиферромагнетизма (1933), существенный вклад в экспериментальное обнаружение и исследование которого внёс А. С. Боровик-Романов; последнему принадлежит также открытие явления пьезомагнетизма (1959). Получила известность теория слабого ферромагнетизма, развитая И. Е. Дзялошинским (1957).

Большое значение для теории ферромагнитных явлений имели работы С. П. Шубина, С. В. Вонсовского и их сотрудников (s—d– oбменная модель, 1935—46). Н. С. Акулов, К. П. Белов, С. В. Вонсовский, Л. В. Киренский, Е. И. Кондорский, Я. С. Шур, Р. И. Янус и др. выполнили работы по теории и экспериментальному изучению технической кривой намагничения мягких и высококоэрцативных ферромагнетиков.

Обнаруженный в 1937 Б. Г. Лазаревым и Л. В. Шубниковым в Украинском физико-техническом институте ядерный парамагнетизм твёрдого водорода — одно из важных открытий экспериментальной техники. Чрезвычайно большое значение имел открытый Е. К. Завойским в 1944 электронный парамагнитный резонанс — явление, нашедшее широкое применение в физике и химии; важные работы в этой области принадлежат С. А. Альтшулеру и Б. М. Козыреву. Парамагнитный резонанс был предсказан в 1923 Дорфманом. Аналогичный резонанс наблюдался в ферромагнитных телах — ферромагнитный резонанс (Завойский, 1947). Начало теории ферромагнитного резонанса было положено работами Ландау и Лифшица в 1935, а само явление задолго до этого (в 1913) наблюдалось В. К. Аркадьевым в виде т. н. магнитных спектров.

Теоретическая физика. Основные результаты, полученные советскими теоретиками, относятся к приложению общих квантовомеханических соотношений к различным областям электронной теории твёрдых тел, квантовых жидкостей, ядерной физики. Важное значение имела работа Л. И. Мандельштама и М. А. Леонтовича по соотношению неопределённостей для энергии — времени, открывшая путь для объяснения ряда процессов микрофизики в рамках представлений о туннельном эффекте (1928). В. А. Фоку принадлежит релятивистское обобщение уравнения Шрёдингера (уравнение Клейна — Гордона — Фока, 1926), классические работы по вторичному квантованию (1932), разработка общей методики решения квантовомеханической задачи многих тел (метод Хартри — Фока, 1930). В 40-х гг. И. Е. Таммом был разработан получивший широкую известность метод рассмотрения процессов взаимодействия частиц, вышедший за рамки обычной теории возмущений (метод Тамма — Данкова).

Советские физики в 50—60-х гг. внесли основополагающий вклад в развитие квантовой теории поля (В. А. Фок, Н. Н. Боголюбов, Л. Д. Ландау, И. Я. Померанчук, И. Е. Тамм и их ученики).

Большое значение для прогресса современной статистической физики имели исследования Боголюбова и Леонтовича по теории неравновесных процессов (1944—46). Проблема фазовых переходов, уже более столетия занимающая одно из ключевых положений в статистической физике, была существенно продвинута работами Ландау.

В общей теории относительности классической является работа А. А. Фридмана, показавшего, что существует решение уравнения тяготения, которое предсказывает «разбегание» галактик (1922—24). Фоку принадлежит вывод приближённых уравнений движения системы тел в рамках теории тяготения А. Эйнштейна.

Оптика, физика атома и молекулы, спектроскопия. Важнейшие исследования по физической и прикладной оптике были выполнены в руководимом Д. С. Рождественским (до 1932) Государственном оптическом институте. Они послужили фундаментом для создания оптико-механической промышленности и достижения полной независимости многих отраслей промышленности от поставок иностранных фирм. И. В. Гребенщиковым, Н. Н. Качаловым, А. А. Лебедевым и их сотрудниками была разработана отечественная технология варки и обработки оптического стекла, на основе которой в СССР была создана промышленность оптического стекла. Особенно важным оказалось для развития прикладной оптики создание советской школы оптиков-вычислителей (А. И. Тудоровский, Г. Г. Слюсарев и др.). Своеобразная конструкция астрономического телескопа — зеркально-менисковая — изобретена Д. Д. Максутовым (1941). Был создан ультрафиолетовый микроскоп (Е. М. Брумберг). Под руководством В. П. Линника созданы методы и приборы для контроля оптических систем. Линнику и Лебедеву принадлежат оригинальные конструкции оптических и электроннооптических приборов.

Первыми существенными работами по физической оптике явились исследования Д. С. Рождественского (1910-е гг.) и А. Н. Теренина (оптическая диссоциация молекул, 1924, фотохимия). Фундаментальные результаты были получены в области изучения молекулярного рассеяния света. В 1928 Л. И. Мандельштам и Г. С. Ландсберг открыли явление комбинационного рассеяния света на кристаллах. Оно оказалось важным с принципиальной точки зрения (один из первых примеров проявлений нелинейной оптики), получило широкое практическое применение для прямого физического исследования свойств молекул и легло в основу метода молекулярного спектрального анализа. Более тонкий эффект — смещение спектральных линий при рассеянии на упругих волнах в кристаллах — был предсказан Мандельштамом и экспериментально установлен Е. Ф. Гроссом (1938).

В 1934 П. А. Черенков открыл своеобразное свечение чистых жидкостей под действием излучения радиоактивных веществ. С. И. Вавилов (в лаборатории которого работал Черенков) сразу указал на то, что это свечение связано с движением свободных электронов, а не является люминесценцией (эффект Черенкова — Вавилова). Полная теория этого эффекта была дана в 1937 И. Е. Таммом и И. М. Франком. Интересное с научной точки зрения, это явление приобрело и практическое значение — на его основе были созданы черенковские счётчики.

В 30—40-е гг. С. И. Вавилов и его сотрудники (В. Л. Лёвшин, П. П. Феофилов и др.) исследовали люминесценцию в конденсированных средах (растворах и кристаллофосфорах). Вавилов впервые определил энергетический выход фотолюминесценции в растворах кристалла и показал, что он составляет более 70% (а в ряде случаев близок к 100% ). Теоретическое и экспериментальное изучение свечения кристаллофосфоров (С. И. Вавилов, В. В. Антонов-Романовский и др.) позволило разработать технологию и перейти к массовому производству люминесцентных ламп. Важные исследования люминесценции молекул и кристаллофосфоров были выполнены под рук. К. К. Ребане (лаборатория кристаллофосфоров Института физики и астрономии АН Эстонской ССР), Б. И. Степанова (Институт физики АН Белорусской ССР) и др.