המחלקה מקיימת התמחויות ייחודיות כגון פיזיקה ברפואה. התמחות זו שמה דגש על הצד הקליני והמעשי והכשרת הפיזיקאי לתפקידים בתחומי התעשייה הרפואית, הביטחונית, הפרטית והמחקרית. למצטיינים אפשרות לכפל תואר עם המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה וכפל תואר עם המחלקה להנדסת מכונות ומכטרוניקה. שילובים אלו יאפשרו לרכוש ידע מעשי ולהמשיך לתארים מתקדמים ולמחקר. כמו כן קיים מסלול המשך ישיר לתואר שני.
ללימודי הפיזיקה הקצאה מיוחדת של מלגות לעידוד קידום המחקר והלימודים בתחום.
יישומים אלקטרוניים – החיבור בין עולם האלקטרוניקה לפיזיקה והבסיס לטכנולוגיות התקשורת. הלימודים במחלקה מאפשרים ראייה רחבה ומעמיקה של הפוטנציאל היישומי של המחקר העיוני בפיזיקה. ההתמחות כוללת קורסים כגון: עיבוד אותות, רכיבים מתוכנתים, אנטנות בתקשורת אלחוטית ועוד.
אופטיקה – התמחות זו כוללת למידה ויישום של אופטיקה מודרנית (קוונטית ולא ליניארית), בישראל קיים שימוש נרחב בתחום זה בתעשייה האזרחית והצבאית. קורסים הנלמדים במסגרת התמחות זו הינם אופטיקה קוונטית, מבוא ללייזרים, תכונות אופטיות של מוליכים למחצה ועוד.
מחשבים – התמחות במחשבים כוללת את הבנת הקשר בין עולם המחשבים לשפה הפיזיקאלית. במסגרת התמחות זו ניתן ללמוד קורסים כגון גיאומטריה חישובית, מבנה מחשבים, פתרון בעיות בעזרת המחשב ועוד.
ביו-פיזיקה – התמחות זו משלבת את מדעי הפיזיקה, הכימיה והביולוגיה. קורסי בחירה בהתמחות בביו-פיזיקה כוללים בין היתר: ביו-פוטוניקה, מבוא לאנטומיה, ביולוגיה של התא ועוד.
פיזיקה ברפואה – התמחות זו כוללת את נושאי יישום הפיזיקה במדעי הבריאות. ההתמחות כוללת הכשרה לעבודה ברנטגן, CT, MRI, רפואה גרעינית, רדיותרפיה ואולטרה-סאונד בבתי החולים ובמכוני הדימות בישראל. התוכנית תואמת את דרישות ההכשרה של פיזיקאים רפואיים שנקבעו על ידי הפדרציה האירופית של ארגונים לפיזיקה רפואית (EFOMP). קורסים בתחום התמחות זה כוללים בין היתר: קרינה במערכות ביולוגיות, פיזיקה רפואית ניסויית, ביולוגיה של התא ועוד.
תקשורת והעברת נתונים, סיבים אופטיים, לוויינים, לייזרים, ביופיזיקה, פיזיקה בתעשיית הכימיה והחומרים ועוד.