Enkelt uttryckt är förhållandet mellan fysik och metafysik att de är två olika metoder för att engagera sig i och försöka beskriva verkligheten. Dessa två discipliner har inte alltid funnits harmoniskt, eftersom metafysiken handlar om vad dess utövare – vanligtvis filosofer och teologer – anser vara bortom vetenskapens område och ibland ersätta vetenskaplig kunskap. I den moderna eran har många människor försökt dra kopplingar mellan fysik och metafysik. Dessa länkar har begränsat stöd inom det vanliga forskarsamhället.
Det grekiska ordet meta kan betyda antingen ”efter” eller ”bortom.” Metafysik är en term som myntats av Aristoteles, som använde den för att helt enkelt betyda de fakta han skrev efter att han skrev om fysik. I modernt bruk har metafysik emellertid kommit att hänvisa till studiet av föremål utanför räckvidden för rent vetenskaplig kunskap. Metafysikens centrala frågor inkluderar frågor om ontologi, studiet av tillvaron och epistemologi, studiet av hur människor skaffar kunskap.
I västvärlden före den vetenskapliga revolutionen ansågs metafysiken vara den primära källan till kunskap om världen. Alla teorier inom fysiken som verkade motsäga metafysisk kunskap – i detta fall religion – ansågs vara kätterska. Det mest kända exemplet på denna konflikt mellan fysik och metafysik var i livet av 16-talets forskare Galileo Galilei, som föreslog att jorden kretsade runt solen, snarare än tvärtom. Han tillbringade en stor del av sitt liv i husarrest som ett resultat av denna tro.
Sedan dess har det dock funnits en större acceptans för vetenskapliga idéer som kan tyckas motsäga erfarenheter och metafysiska föreställningar. Galileos och senare fysikers arbete, såsom Isaac Newton, har hållit sig relativt väl under ytterligare granskning. Som ett resultat är många metafysiker villiga att modifiera sina föreställningar, utan att helt förkasta dem, som svar på vetenskapliga framsteg.
Upptäckten av kvantpartiklar, speciell relativitetsteori och andra moderna fysikfenomen har fått många människor att omvärdera sin förståelse av förhållandet mellan fysik och metafysik. Kvantpartiklar, till skillnad från större enheter av materia, beter sig på sätt som är oförutsägbara och som sträcker ut redan existerande kategorier av ljus och materia. Vissa teoretiker har hävdat att förekomsten av kvantpartiklar förnekar deterministisk metafysik, även om andra inte håller med. Många människor har hämtat idéer från modern fysik om alla objekts sammanlänkning, vilket kan informera deras metafysiska antaganden eller andliga upplevelser. De flesta vetenskapsmän betraktar dock dessa helt enkelt som metaforer snarare än som verkligheter.