20 世紀60 年代天文學有四項非常重要的發現：脈衝星、類星體、宇宙微波背景輻射以及星際有機分子，它們被稱為「四大發現」。這四項發現都與無線電波望遠鏡有關，所以不意外地，1974 年的諾貝爾物理學頒給兩位英國天文物理學家，馬丁· 賴爾（Martin Ryle，1918-1984）與安東尼·休伊什（Antony Hewish，1924-2021）。得獎的理由是「他們在無線電天文物理學的開創性研究：賴爾的發明和觀測，特別是合成孔徑技術；休伊什是發現脈衝星方面的關鍵性角色」。這也是諾貝爾物理獎第一次頒給專業的天文學家。

所謂的量子穿隧效應（Quantum tunnelling effect）是指像電子等微觀粒子能夠穿入甚至穿越位能障壁的行為。儘管在古典力學中，當位能障壁的高度大於粒子的總能量，這種行為隱含著負動能值，這完全是不可能發生的事。但是在量子力學中這卻是稀鬆平常的事。量子穿隧理論原先被應用在原子物理與原子核物理中。最有名的例子莫過於喬治· 伽莫夫於1928 年用量子穿隧效應解釋原子核如何產生α 衰變以及核融合如何發生。但是量子穿隧效應在半導體物理學、超導體物理學等其它領域也有很重要的應用。1973 年的諾貝爾物理獎就是頒給三位將量子穿隧效應（Quantum tunnelling effect）應用到半導體物理學、超導體物理學相關領域的物理學家：出生於日本的美國籍物理學家江崎玲於奈（出生於1925 年3 月12 日）與出生於挪威的美國籍物理學家伊瓦爾· 季埃弗（Ivar Giaever，出生於1929 年4 月5 日）兩人因「發現半導體和超導體的穿隧效應」而各得到四分之一的獎金。英國物理學家約瑟夫森（Brian David Josephson，出生於1940 年）則因「理論上預測出通過位能障壁的超電流（supercurrent）的性質，特別是被稱為約瑟夫森效應的現象」而得到另外一半的獎金。值得一提的是是得獎的當時，這三人都不是大學裡的教授，江崎玲於奈當時任職於IBM，而賈埃弗則是在通用電氣工作。至於約瑟夫森當時還是劍橋的講師（reader），他在得到諾貝爾獎後才被升為教授。

1972 年的諾貝爾物理獎頒給發明BCS 理論的三位美國物理學家。他們分別是約翰· 巴丁（John Bardeen，1908-1991）、利昂· 庫柏（Leon Cooper，1930-）和約翰· 施里弗（John Robert Schrieffer，1931-2019）。巴丁是第二次得到諾貝爾物理獎。事實上，他也是史上唯一得到兩次諾貝爾物理獎的物理學家。瑪莉· 居禮雖然也得了兩次，但是第二次是得到諾貝爾化學獎。

1971年的諾貝爾物理獎頒給英國籍匈牙利裔猶太人物理學家丹尼斯·蓋博 (Gábor Dénes，1900－1979)，得獎的理由是發明全像攝影。

1969年的諾貝爾物理獎頒給美國物理學家默里·蓋爾曼（Murray Gell-Mann，1929年9月15日－2019年5月24日）。得獎理由是「對基本粒子的分類及其交互作用的研究發現」。組成質子與中子的基本粒子，夸克，正是蓋爾曼所命名的。蓋爾曼通曉的學科極廣，是一個百科全書式的學者，除了數理類的學科外，他對考古學、動物分類學、語言學等學科的知識也如數家珍。他是20世紀後期學術界少見的通才。

1968年的諾貝爾物理獎頒給美國物理學家路易茨· 阿爾瓦雷茨（Luis Alvarez，1911年6月13日-1988年9月1日）。得獎理由是「對粒子物理學的決定性貢獻，特別是因他發展了氣泡室技術和數據分析方法，從而發現了一大批共振態」

1967年的諾貝爾物理獎頒給出生於德國的美國物理學家漢斯·阿爾布雷希特·貝特（Hans Albrecht Bethe，1906年7月2日－2005年3月6日）他得獎是因為「他對核反應理論的貢獻，特別是關於恆星中能源的產生的研究發現」，其實這只是貝特眾多重大貢獻中最著名的一項。貝特不僅是讓量子力學的威力貫穿到各個不同領域的推手，也是引導人類進入核子時代的的關鍵人物之一。他漫長的一生反映出二十世紀物理發展的軌跡。

1965年的諾貝爾物理獎頒給三位物理學家，他們分別是日本物理學家朝永振一郎（朝永振一郎，1906－1979）以及美國物理學家朱利安·西摩·施溫格（Julian Seymour Schwinger，1918－1994）和理察·菲利普斯·費恩曼, （Richard Phillips Feynman，1918－1988）。施溫格與費恩曼不僅同年出生，而且都是生找於紐約的猶太人。他們三人的得獎理由是「他們在量子電動力學方面的基礎性工作，這些工作對粒子物理學產生深遠影響」。他們三人各自建立完整而且一致的量子電動力學(Quantum Electrodynamics, 簡稱QED)，特別是針對理論中出現的發散而發展出再重整化(renormalization)的程序，使得量子電動力學能夠做出非常精確的預測，這不但標示著量子電動力學的成功，更是宣示「量子場論」的時代的來臨。今天的粒子物理與凝態物理都是建立在量子場論的基礎上。

1961年的諾貝爾物理獎頒給兩位與原子核研究相關的物理學家。一位是美國的羅伯特·霍夫施塔特（Robert Hofstadter，1915－1990）得獎理由是「其對原子核中的電子散射現象的開創性研究以及隨之而來的對核子結構的發現」。另一位是德國的魯道夫·梅思堡（Rudolf Mössbauer，1929－2011），則是以「他的有關γ射線共振吸收現象的研究以及與這個以他命名的效應(梅思堡效應)相關的研究發現」而得獎。

1959年的諾貝爾獎頒給了來自義大利的美籍物理學家埃米利奧·吉諾·塞格雷 (Emilio Gino Segrè，1905年1月30日－1989年4月22日）與美國物學家歐文·張伯倫（Owen Chamberlain，1920年7月10日 - 2006年2月28日）。兩人雖然相差十五歲，不過指導教授都是費米。兩人都曾參與曼哈頓計畫，並在1955 年一起利用伯克萊的Bevatron 加速器發現了反質子，四年後就得到了諾貝爾獎的肯定。

1958年的諾貝爾獎頒給三位蘇聯的物理學家，分別是帕維爾·阿列克謝耶維奇·契忍可夫（Pavel Alekseyevich Cherenkov，1904-1990）伊利亞·法蘭克（Ilya Mikhailovich Frank 1908-1990）與 伊戈爾·塔姆（Igor Yevgenyevich Tamm 1895-1971）。前者得獎的理由是由於他在1934年發現契忍可夫輻射（Cherenkov radiation）而後兩者則是在1937年成功地解釋了契忍可夫輻射的成因而得獎。

1962年的諾貝爾物理獎頒給蘇聯物理學家列夫·蘭道，他得獎的理由是「關於凝體，特別是液氦的開創性理論」。