Jednostavno rečeno, odnos između fizike i metafizike je da su to dvije različite metode sudjelovanja i pokušaja opisivanja stvarnosti. Ove dvije discipline nisu uvijek postojale skladno, budući da se metafizika bavi onim što njezini praktičari – obično filozofi i teolozi – smatraju izvan područja znanosti i ponekad nadilaze znanstveno znanje. U modernoj eri mnogi su ljudi pokušali povući veze između fizike i metafizike. Ove veze imaju ograničenu podršku unutar glavne znanstvene zajednice.
Grčka riječ meta može značiti ili “poslije” ili “izvan”. Metafizika je termin koji je skovao Aristotel, koji ga je koristio da jednostavno označi činjenice koje je napisao nakon što je napisao o fizici. U modernoj upotrebi, međutim, metafizika se počela odnositi na proučavanje objekata izvan dosega čisto znanstvenog znanja. Središnja pitanja metafizike uključuju pitanja o ontologiji, proučavanju postojanja i epistemologiji, proučavanju načina na koji ljudi stječu znanje.
U zapadnom svijetu prije znanstvene revolucije, metafizika se smatrala primarnim izvorom znanja o svijetu. Sve teorije u fizici koje su se činile proturječnima metafizičkom znanju – u ovom slučaju religiji – smatrale su se heretičkim. Najpoznatiji primjer ovog sukoba između fizike i metafizike bio je u životu znanstvenika iz 16. stoljeća Galilea Galileija, koji je predložio da se Zemlja okreće oko Sunca, a ne obrnuto. Zbog tog uvjerenja veći dio svog života proveo je u kućnom pritvoru.
Od tog vremena, međutim, došlo je do većeg prihvaćanja znanstvenih ideja koje se mogu činiti proturječnim iskustvima i metafizičkim uvjerenjima. Rad Galilea i kasnijih fizičara, kao što je Isaac Newton, držao se relativno dobro pod daljnjim ispitivanjem. Kao rezultat toga, mnogi metafizičari spremni su modificirati svoja uvjerenja, bez potpunog odbacivanja, kao odgovor na znanstveni napredak.
Otkriće kvantnih čestica, specijalne teorije relativnosti i drugih fenomena moderne fizike natjeralo je mnoge ljude da ponovno procijene svoja shvaćanja odnosa između fizike i metafizike. Kvantne čestice, za razliku od većih jedinica materije, ponašaju se na način koji je nepredvidljiv i koji proteže već postojeće kategorije svjetlosti i materije. Neki teoretičari su tvrdili da postojanje kvantnih čestica negira determinističku metafiziku, iako se drugi s tim ne slažu. Mnogi su ljudi iz suvremene fizike izvukli ideje o međusobnoj povezanosti svih objekata, što može poslužiti njihovim metafizičkim pretpostavkama ili duhovnim iskustvima. Međutim, većina znanstvenika na njih gleda jednostavno kao na metafore, a ne kao na stvarnost.