Ziel des Masterstudiengangs ist es, eine tief gehende, an der Forschung orientierte Ausbildung in Physik sowie ein allgemeines Grundwissen über wichtige wissenschaftliche Methoden zu vermitteln. Zusätzlich können die Studierenden spezielle Fachkenntnisse in Gebieten erwerben, die an die Physik angrenzen, je nachdem welche Kurse sie wählen. Der Masterstudiengang ist als Vorbereitungsabschluss gedacht, der notwendig ist, um im Anschluss daran mit dem Promotionsstudium zu beginnen. Das Masterstudium beinhaltet ein reichhaltiges Ausbildungsangebot, das sowohl tief gehende allgemeine Kurse, als auch hoch spezialisierte Kurse in den spezifischen Forschungsgebieten der Universität beinhaltet. Der Masterstudiengang der Fakultät für Physik und Astronomie der Universität Heidelberg zeichnet sich insbesondere durch ein sehr breites Studienangebot aus, das jedem Studenten die Möglichkeit gibt, sein Studium nach seinen eigenen Präferenzen auszurichten (siehe Graphik).
Die Struktur des Heidelberger Masterstudiums Physik ist zweigeteilt und besteht aus zwei Semestern für die Weiterbildung durch Vorlesungen, Seminare und andere Lehrveranstaltungen, und einer darauf folgenden einjährigen Forschungsphase, in der die Masterstudentinnen und -studenten selbstständig wissenschaftliches Arbeiten und die Fähigkeit zur Erschließung neuartiger Sachverhalte erlernen. Die Forschungsphase beinhaltet eine Vorbereitungszeit sowie die eigentliche Masterarbeit.