专业特色优势学院努力打造物理学和天文学两大一级学科。2019年在QS世界大学学科排名中，中山大学的物理和天文学科排名进入前151—201名。学院已构建“本硕博”打通的人才培养体系，按物理学大类招生，含物理学和天文学两个专业，第三学年实行专业分流培养。学生发展优势学院以立德树人为根本任务，以“培养未来的科学家”为人才培养目标，将学生全面系统地培养成具有扎实基础和宽广视野的物理与天文理论知识和实验素养、受过良好科学研究训练、综合素质优秀、有能力从事相关研究的创新复合型人才。主要专业课程物理学大类基础课：高等数学、线性代数、概率统计、力学、热学、误差分析与数据处理、电磁学、数学物理方法、原子物理学、基础天文学、光学、预备实验、基础物理实验I-III、近代物理实验I-II。此外，物理学专业增加了电子技术、电子技术实验和物理专业实验，天文学专业增加了天文观测实验、天文观测数据与处理和天文文献阅读。专业核心课程：理论力学、热力学与统计物理、电动力学、量子力学。此外，物理学专业增加了固体物理，天文学专业增加了天体物理概论、天体力学与天体测量基础。每个专业还开设必修、选修、荣誉课程等专业提升课。