Der Master-Studiengang Physik bietet Absolventinnen bzw. Absolventen eines physiknahen  Bachelor-Studiengangs die Möglichkeit, ihre Kenntnisse hinsichtlich bestimmter Spezialisierungsrichtungen zu vertiefen. Das Master-Studium dauert vier Semester und ist unterteilt in eine jeweils zweisemestrige Vertiefungs- und Forschungsphase.

Die Module in der Vertiefungsphase sind generisch in angewandte, experimentelle und theoretische Themenbereiche strukturiert und orientieren sich inhaltlich an den Forschungsschwerpunkten des Instituts für Physik der BTU Cottbus-Senftenberg sowie deren Partnerinstitutionen. Die starke Vernetzung des Instituts für Physik der BTU Cottbus-Senftenberg mit außeruniversitären Forschungsinstituten ( z.B. Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration Teltow, Institut für Kristallzüchtung Berlin, IHP Frankfurt/Oder), ermöglicht dabei in der Vertiefungsphase eine Schwerpunktsetzung in einem breiten Spektrum von Forschungsrichtungen sowie den direkten Kontakt mit den entsprechenden Arbeitsgruppen.

Hauptbestandteil der Forschungsphase ist die Anfertigung der Masterarbeit. Hier werden Studierende an den aktuellen Forschungsstand in einem Teilgebiet der Physik herangeführt und erlangen die Befähigung zu selbständiger  Forschungsarbeit, auch mit dem Ziel einer anschließenden Promotion. Einen detaillierten Überblick über den Ablauf des Master-Studiengangs Physik gibt die Studien- und Prüfungsordnung, welche auch einen Regelstudienplan enthält.

Nach erfolgreich absolviertem Master-Studium verleiht die BTU Cottbus-Senftenberg den Master of Science (M.Sc.). Dieser Abschluss nach internationalen Standards mit weltweiter Akzeptanz ersetzt das bisher im deutschsprachigen Raum übliche Diplom und ist mit diesem absolut gleichwertig.
Absolventinnen und Absolventen des Master-Studiengangs Physik haben die Qualifikation zur Planung, Leitung und Durchführung von Forschungsprojekten in Wissenschaft und Wirtschaft erworben und sind befähigt zu qualifiziertem und verantwortlichem Handeln auf vielfältigen Berufsfeldern in Forschung, Entwicklung, Management, Verwaltung und Umwelt.

Anders als an vielen anderen Universitäten kann man in Cottbus das Master-Studium sowohl im Sommer- als auch im Wintersemester beginnen.