Die Elementarteilchenphysik oder Hochenergiephysik untersucht Verhalten und Eigenschaften der kleinsten Partikel. Neben den eigentlichen Elementarteilchen (Quarks, Leptonen, Austauschteilchen) zählt man dazu auch weitere subatomare Partikel wie die Baryonen und Mesonen, manchmal auch schwere Atomkerne und Ionen (bei letzteren spricht man aber meist eher von Schwerionenphysik).
Wichtigstes experimentelles Hilfsmittel der Elementarteilchenphysik sind die Teilchenbeschleuniger. Um die benötigten sehr hohen Teilchenenergien erzeugen zu können, müssen diese sehr groß angelegt werden und können in der Regel nur noch von internationalen oder sogar weltweiten Kollaborationen betrieben werden. Ebenso wichtig wie die Beschleunigerexperimente sind die Ergebisse der theoretischen Teilchenphysik. Diese vergleichen die Resultate von Streuexperimenten mit theoretischen Berechnungen auf der Grundlage der Quantenfeldtheorie.
Das heutige Wissen über die Elementarteilchen fasst das Standardmodell der Elementarteilchenphysik zusammen. Dies kann fast alle bekannten Resultate mit hoher Genauigkeit erklären. Offen ist allerdings beispielsweise noch die Frage, warum es mehr Materie als Antimaterie im Kosmos gibt (und damit u. a. die aus reiner Materie bestehende Erde und die Menschen auf ihr). Ebenso ist es noch nicht gelungen, die offenkundigen Widersprüche zwischen dem Teilchen-Standardmodell bzw. der Quantenphysik allgemein und der Allgemeinen Relativitätstheorie aufzulösen.