Je nach Umfang und Zielsetzung werden Forschungsarbeiten im Institut für Theoretische Physik I von einzelnen durchgeführt, aber auch von Arbeitsgruppen, die sich um Hochschullehrer bilden. Ein wesentlicher Teil der Forschung wird dabei von Doktoranden und auch von Diplomanden getragen.

Die Forschungsgebiete sind vielfältig und gehören zu den Forschungsschwerpunkten "Oberflächen- und Grenzflächenphysik", "Physik der subatomaren Teilchen" und "Nichtlineare Physik" des Fachbereichs Physik. Einige Forschungsarbeiten werden von der DFG gefördert, z.B. im Sonderforschungsbereich 216 und im Schwerpunkt "Dynamische Fermionen". Weiterhin ist das Institut mit zwei Arbeitsgruppen vertreten im Graduiertenkolleg "Nichtlineare kontinuierliche Systeme und deren Untersuchung mit numerischen, qualitativen und experimentellen Methoden".

Enge wissenschaftliche Kontakte bestehen mit: RWTH Aachen; Queen's University, Belfast; Humboldt-Universität Berlin; Universität Bielefeld; MIT Cambridge Mass.; CERN, Genf; Universität Genf; Universität Hamburg; DESY, Hamburg; Universität Heidelberg; University Jerusalem; HLRZ, Jülich; Yukawa Institute, Kyoto; Institute of Modern Physics, Academia Sinica, Lanzhou; Kings College, London; Drake University, Des Moines; State University, Moskow; Kinder-Poliklinik der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster; Centre d'Etudes de Saclay; National Chung Hsing University, Taichung, Taiwan; University Tel Aviv; University Turin; Paul-Scherrer-Institut, Villigen; ETH Zürich.