יחסי הגומלין וההפריה ההדדית בין מתמטיקה לפיסיקה עמוקים ועתיקי יומין. הפיסיקה משתמשת בשפת המתמטיקה לתיאור העולם ולפיתוח התיאוריה הפיסיקאלית, ואילו חלקים נרחבים מהמתמטיקה המודרנית פותחו כדי לבסס תשתית תיאורטית להתפתחויות בתחום הפיסיקה. המחלקה למתמטיקה והמחלקה לפיסיקה מציעות שני מסלולים המשלבים לימודי מתמטיקה ופיסיקה. תכנית השלד מתמטיקה-פיסיקה מצויה תחת הקישור תכניות לימודים סמסטריאליות.

1. מתמטיקה מחלקה ראשית ופיסיקה מחלקה משנית – תכנית לימודים האורכת 3 שנים וכוללת קורסים בהיקף של כ-127 נקודות. ישנם הבדלים קלים בין הקורסים הנדרשים במחלקה למתמטיקה כמחלקה ראשית בשילוב עם מחלקות אחרות לאלה המיועדים לשילוב עם המחלקה לפיסיקה. מסלול זה מאפשר המשך לתואר שני במחלקה למתמטיקה ללא השלמות, ולתואר שני במחלקה לפיסיקה לאחר השלמה של שני קורסים בלבד (ניתן לכלול את קורסי ההשלמה הנדרשים בפיסיקה במהלך לימודי התואר הראשון).
2. פיסיקה מחלקה ראשית ומתמטיקה מחלקה משנית - אפשרות זו איננה מומלצת לתלמידים המעוניינים בשילוב לימודי מתמטיקה ופיסיקה. זאת שכן לימודי המתמטיקה כמחלקה משנית מצומצמים ואינם מאפשרים המשך ללימודי תואר שני במחלקה למתמטיקה ללא השלמות משמעותיות. אפשרות זו מתאימה: (א) לסטודנטים המעוניינים בלימודי פיסיקה אך רוצים להעשיר את לימודי המתמטיקה שלהם, בעיקר על ידי המרת הקורסים במתמטיקה לתלמידי פיסיקה בקורסים המיועדים לתלמידי מתמטיקה. (ב) לסטודנטים שיחליטו בשנה השנייה ללימודיהם שהם אינם מעוניינים בתואר במתמטיקה וכך יקבלו הכרה פורמאלית בלימודי המתמטיקה שהם כבר השלימו.

השילוב של מדעי החיים ופיסיקה הוא מתבקש כאשר מדובר בסטודנטים בעלי נטיה ריאלית עם אמביציה לקריירה אקדמית, לרבות סטודנטים שאין להם בהכרח את הרקע הנדרש (פסיקה 5 יח"ל) להתחיל מיד עם פיסיקה בשעת קבלתם לאוניברסיטה. התכנית מיועדת גם לסטודנטים (בפיסיקה) שמעדיפים לא להתחיל ישר עם פיסיקה 1 ופיסיקה 2, ושיש להם אורינטציה ללימוד מדעי החיים. כמו כן המחלקה למדעי החיים מציעה לסטודנטים הטובים שלה לקחת את המתמטיקות של פיסיקה + קורס מבוא בפיסיקה (שבכל מקרה נדרש), הן לשדרוג השכלתם, והן על מנת להשאיר אופציה פתוחה למסלול דו-מחלקתי בשנה השניה. התכנית היא דואלית וגמישה. את ההחלטה האם לקחת את פיסיקה כמחלקה משנית או כמחלקה ראשית, או כתואר נוסף ניתן לקבל בשנה השניה.