物理領域的重大突破有時需要數學的協助，反之亦然。
1905年，愛因斯坦提出了狹義相對論，將時間和空間聯姻，這使我們對宇宙的理解發生了革命性的變化。然而，狹義相對論的成功，並沒有阻止他進一步地探索更深層的問題，因為他還沒有將引力的影響納入到他的理論中。
七年後，當時在蘇黎世聯邦理工學院的愛因斯坦，正醞釀著一個可以顛覆牛頓萬有引力定律的理論。但是，愛因斯坦在擴展狹義相對論時卻遇到了難題，他必須通過使用一些新的方法和技巧才有可能完成這一壯舉。幸運的是，愛因斯坦的好朋友和同事格羅斯曼（Marcel Grossmann）伸出援手，帶來了一個十分令人激動的優雅方法：黎曼幾何。
十九世紀中葉，德國數學家黎曼（Bernhard Riemann）發展了黎曼幾何的數學框架。在當時，黎曼幾何本身就是一個具有革新性的框架。不同於之前將數學圖形看成是三維空間的子集，黎曼幾何通過更本質的方法直接研究圖形的性質。例如，一個球可被看作是三維空間內所有距離原點剛好為1的點的集合。但它也可以被視為每一個點都有著特殊曲率屬性的二維物體。後面的這種定義對於理解球這樣的幾何圖形來說或許不是那麼重要，但對於更復雜的流形和更高維的空間，這種定義的價值就顯而易見了。
在1912年的時候，黎曼幾何依然是一個新穎的理論，還未完全滲透到數學領域，但它正好是愛因斯坦所需要的。黎曼幾何賦予愛因斯坦一個強大的數學基礎，使他得以構建出一個全新的引力理論——廣義相對論的準確等式。1913年，愛因斯坦和格羅斯曼發表了他們突破性的工作。理論物理學家 Peter Woit 認為“如果沒有數學家的幫助，很難想象愛因斯坦怎樣才能完成相對論的工作。”
廣義相對論的故事當然能讓數學家們感到驕傲。在這個故事裡，數學彷彿就像是一個引路人，在恰當的時機出現在物理學家的身邊，為一片灰暗的物理學世界帶來光明。
但是，數學和物理的相互影響遠比這個故事裡講述的更復雜。在大部分有記錄的歷史中，物理和數學甚至不是分開的學科。古希臘、埃及和巴比倫的數學認為我們生活在一個距離、時間和重力都按某種特定方式運行的世界中。
布朗大學的物理學家 Sylvester James Gates 說，“牛頓是第一個為了達到學術巔峰而發明一項新的數學領域的物理學家。這個數學領域就是微積分。”
微積分讓解決一些經典的幾何問題變得更加簡單，但其最初的目的是為牛頓提供了一種分析運動的新方法，以及改變了牛頓觀察物理的視角。在這個關於微積分的故事中，數學更像是一個讓一切事物變得井然有序的管家，而不是在危難關頭力挽狂瀾的救世主。
即使物理和數學成為了兩個學科之後，他們之間仍然是緊密聯繫的。“回溯物理和數學的早期發展歷程，你會發現確定一個人是物理學家還是數學家是很困難的。” Woit說道。
儘管現代研究人員對自身領域的關注越來越多，研究領域的細化和專業化也越來越明顯，但物理和數學的界限仍然模糊。一個物理學家可以獲得數學領域最具權威的獎項之一——菲爾茲獎。而一個數學家，比如Maxim Kontsevich，也可同時獲得科學突破獎的物理獎和數學獎。現在，人們可以參加由數學系或者物理系舉辦的關於量子場論、黑洞或者弦論的研討會。自2011年起，弦數學（String Math）的年度討論會議就把數學家和物理學家匯聚到了一起，讓他們一同研究弦論和量子場論中的交叉領域。
弦論可能是關於數學和物理互相影響的最佳示例。在弦論的理論框架中，狄拉克所描述的點粒子變成了一維的弦。這個理論模型中的一部分描述了一種被稱為引力子的理論粒子，這是一種傳遞引力的假想粒子。
大多數人認為我們通過三維的空間和一維的時間來感知宇宙。但是弦論卻是構架在十維中的。在1984年，隨著研究弦論的物理學家激增，包括後來被授予菲爾茲勳章的物理學家威滕（Edward Witten）在內的一批研究人員發現了弦論所需空間中的另外六個維度，被稱為
卡拉比-丘流形（Calabi-Yau manifold）。
當數學家們還在為闡明各種流形的結構而爭吵時，物理學家只希望能獲得幾個可能有效的數學結果，他們找到了卡拉比-丘流形。而數學家卻還不能確定他們對流形的劃分是正確的。
當物理學家和數學家研究這些空間結構的時候，他們發現卡拉比-丘流形具有非常有趣的對偶性。兩個看起來完全不同的流形可能描述的是同一種物理結構。這背後的思想被稱為
鏡像對稱。這種性質的研究在數學中迅速繁榮，並形成了一個全新的數學分支。弦論的框架幾乎成為了數學家的遊樂場，帶來了無數新的研究分支。
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