全书共分十二章，包括狭义相对论、广义相对论、量子论、统计物理、自组织理论等基本理论，及其在原子、半导体、激光、原子核、粒子、混沌现象和天体物理中的应用，在自组织理论与混沌一章中主要介绍远离平衡的自组织现象，动力系统及分支理论，混沌动力系统，分形与分维等知识；广义相对论中主要介绍其物理思想、实验验证，以及它同狭义相对论和牛顿力学的区别；天体物理部分则主要介绍宇宙论和黑洞等内容。
全书贯彻循序渐进和少而精的原则，努力做到知识性、趣味性和可读性相结合，主要讲清有关的基本概念和基本定律，广泛介绍各基本理论的思路和主要结论，特别是各领域的最新研究成果。