Одной из старейших в университете можно считать кафедру прикладной и теоретической физики (ПиТФ). Ее история началась в октябре 1932 г. - в день рождения тогда еще педагогического института. Называлась кафедра тогда физико-математической. Стране были необходимы учителя физики, математики, астрономии – кафедра активно и профессионально  занялась их подготовкой. С 1933 по 1952 гг. кафедрой заведовал А. П. Капустин, позднее - с 1952 по 1964 гг. - кандидат физ.-мат. наук, доц. А. Н. Державин. С 1965 по 1969 г. кафедрой руководила  В. Н. Успенская, семь лет до этого преподававшая физику в школе. Ее профессиональные качества были известны в городе: она считалась сильнейшим физиком-методистом (в 1971 г. награждена орденом Трудового Красного Знамени). С 1969 по 1975 г. кафедру вновь возглавлял А. Н. Державин. Это был сложный период, под руководством ректора института В. А. Патрушева строилось новое здание института. Студенты и преподаватели всех факультетов и кафедр активно помогали строителям.  С 1975 по 1977 г. кафедрой вплоть до ее деления руководил канд. техн. наук Л. М. Велюс. В 1977 г. на базе физико-математической кафедры сформировались две кафедры - общей физики и теоретической физики. Кафедрой общей физики стала руководить молодой ученый-физик, канд. физ.-мат. наук, доц. Н. М. Ярмочкина. На кафедре работал в то время дружный, творческий коллектив: канд. физ.-мат. наук, доц. Л. С. Братолюбова, исполнявшая в это время обязанности декана физико-математического факультета,  ст. преподаватели Л. В. Петрова, М. Л. Харейн, В.Н. Успенская, В.А. Торшин, ассистенты Е. Н. Иконен, И. И. Сторожева, Е.Н. Кулик, О.М. Краснослободцева, О.Б. Гагарина, В.А. Отруцкая. В 1978 г. на кафедру пришел после окончания аспирантуры А.Н. Бехтерев. Остро стояла проблема нехватки дипломированных специалистов, кандидатов наук. Нина Михайловна Ярмочкина прилагала все усилия к тому, чтобы члены кафедры, выполняя учебную и общественную нагрузку, смогли заниматься научными и диссертационными исследованиями.

С 1982 г. по 1990 г. кафедру общей физики последовательно возглавляли канд. пед. наук Л. В. Петрова и канд. пед. наук В. А. Торшин, успешно совмещавший основную работу с общественной - исполнял обязанности председателя профкома института. Н.М. Ярмочкина в этот период была избрана проректором по учебной работе института.

В 1990 г. Н. М. Ярмочкина вновь избирается заведующей кафедрой. В 1994 г. её сменил на этом посту канд. пед. наук, доц. В. П. Ушачёв. В 1998 г. кафедра общей физики была переименована в кафедру физики и методики обучения физике (МОФ). Кафедра успешно готовила учителей физики, математики, информатики, астрономии.

С 1998 по 2012 гг. кафедрой руководил бывший выпускник физико-математического факультета, к. техн. наук, доц. Н. И. Платонов. В период с 2005 по 2010 годы ряд молодых сотрудников кафедры МОФ завершили обучение в аспирантуре и защитили кандидатские диссертации – Шабиев Ф.К, Долгушин Д.М., Риве В.В., Мавринский В.В., Колдин А.В. Кафедра МОФ находится в постоянном поиске, предлагая подготовку и выпуск специалистов согласно запросу общества. Так, с 1989 г. началась подготовка студентов по специальности «Физика и информатика», а с 1993 г – по профилю «Физика-экология». После преобразования педагогического института в классический университет (МаГУ) на физико-математическом факультете начата подготовка студентов по университетской специальности 010701 — «Физика» (специализации «Компьютерные методы в физике», «Физическая экология»). В 1988 г. защитил кандидатскую, а в 2008г – докторскую диссертацию по физике в ученом Совете СПбГУ (Санкт-Петербург) Бехтерев А.Н. Через несколько лет защитили докторские диссертации по техническим наукам в ученом Совете Уральского Федерального университета еще два сотрудника кафедры МОФ - Платонов Н.И. и Семенов В.П. С 2014 г. кафедра переименована в кафедру прикладной и теоретической физики (ПиТФ), руководство которой осуществляет по настоящее время д. физ.-мат. наук, проф. Бехтерев А.Н.

В настоящее время кафедра осуществляет обучение бакалавров 03.03.02 «Физика», магистров 03.03.04 «Физика», аспирантов по направлению 01.04.07 -«Физика конденсированного состояния» В 2015 г кафедра прошла аккредитацию по государственным учебным образовательным программам в рамках ФГОС-3+ и общественную аккредитацию по инженерным наукам в области нанотехнологий (г. Томск).

С 2014 г  на кафедре работают 11 преподавателей: д-р физ.-мат. наук, проф. А. Н. Бехтерев; канд. хим. наук, доц. В. А. Дозоров; канд. физ.-мат. наук, доц. А. П. Давыдов; канд. физ.-мат. наук, ст. пр. В. В. Риве; кандидат техн. наук, доц. А.В. Колдин; кандидаты пед. наук, доц. Н. А. Плугина, Л. П. Панова; ст. преподаватели Е. Н. Подкопаева, Е. А. Игнатьева, О. Н. Лямина, О. В. Долгушина. Уровень специалистов высшей квалификации (доктора и кандидат наук) составляет 64 %.

В перечень базовых дисциплин кафедры входят: общая и элементарная физика (механика, молекулярная физика, электродинамика, оптика, атомная и ядерная физика), приборы и методы спектроскопии твердого тела, спектрометрические методы исследования, поверхностные свойства конденсированных систем, физика углеродных наноматериалов, планирование и обработка данных эксперимента, астрофизика, физико-химические методы защиты и контроля окружающей среды, концепции современного естествознания и др.

Преподаватели кафедры ведут активную научную и научно-методическую работу. Основные направления научной деятельности в области физики и смежных прикладных наук укладываются в следующие направления: исследование свойств и структурных превращений в наноуглеродных системах; исследование особенностей взаимодействия и распространения упругих, магнитоупругих и электромагнитных волн в неоднородных и композитных средах; исследование и моделирование процессов тепло- и масс обмена в технологических процессах (в энергетике, металлургии); исследование физико-химических свойств органических растворов; экологический мониторинг тяжёлых металлов в гидросфере промышленных регионов; в области образования - методика формирования научных понятий учащихся школ и студентов вузов; концепции информационно-проектного метода обучения у студентов вузов. Для успешной подготовки специалистов на кафедре постоянно расширяется и совершенствуется учебно-материальная и научно-методическая база.

Для успешной образовательной деятельности на кафедре имеется шесть предметных лабораторий – по разделам физики, две научных лаборатории и научно-образовательный центр (НОЦ «НАНО МГТУ, рук. доктор физ.-мат. наук, профессор Бехтерев А.Н.). Центр и лаборатории  оснащены современными спектрофотометрическими приборами для проведения качественного и количественного атомно-молекулярного анализа веществ в рамках выполняемых исследовательских работ госбюджетной и  договорной тематики, федеральных и региональных грантов. В рамках НОЦ активно проводится профориентационная работа со школьниками города и студентами по популяризации знаний в области нанотехнологий и наноматериалов, в подготовке студентов и школьников к олимпиадам по физике и астрономии высокого уровня.

Члены кафедры принимали участие в работе научных конференций разного уровня, в том числе: в международных конгрессах IMA-KOBE-2006 (JAPAN, 2006), «Оптика 21 век / Фундаментальные проблемы современной оптики (Санкт-Петербург, 2006, 2008); в международных научных конференциях «Nanocarbon and Nanodiamond» (Санкт-Петербург, 2006, 2008, 2010, 2012), «Наноструктурные материалы» (Россия, Беларусь, Украина, 2008, 2010, 2012, 2014, 2016), «Кинетика и механизмы кристаллизации» (Иваново, 2006, 2014), «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов» (Челябинск, 2006, 2008, 2010), во всероссийской школах-конференциях для студентов, аспирантов и молодых учёных (Уфа, Челябинск, Казань, Москва) и др.

В научных лабораториях выполнены исследования по созданию селективных фильтров для воды, изучению взаимосвязи структуры и свойств нанокристаллических углеродных кластеров, теоретические и экспериментальные исследования дефектов в углеродных наноструктурах, выполнены исследования по теме ФЦП «Интеграция науки и высшей школы» (2000-06г.), в рамках гранта РФФИ 06-08-0034а «Разработка и исследование углеродных нанокристаллических материалов с улучшенными механическими и теплофизическими свойствами» (2006-08г.).

Педагогический коллектив кафедры поддерживает и развивает связи со многими вузами Российской Федерации, в том числе: Московским государственным университетом, Санкт-Петербургским государственным университетом, Челябинским государственным педагогическим университетом, Башкирским государственным педагогическим институтом, Уральским Федеральным университетом (г. Екатеринбург), Южно-Уральским государственным университетом (г. Челябинск), Челябинским государственным университетом. Кафедра ПиТФ сотрудничает  с управлением образования г. Магнитогорска, многими школами г. Магнитогорска,  и близлежащих районов области, промышленными предприятиями и учреждениями здравоохранения г. Магнитогорска (ОАО «ММК», МУП «Трест Водоканал», ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Челябинской области», экологическими службами города и предприятий).

Ведущие преподаватели кафедры регулярно принимают участие в подготовке и проведении региональных и городских олимпиад по физике, астрономии, в городских программах для старшеклассников «Школа олимпийского резерва», «Одиссея разума», научных конференциях школьников. Ряд школьников стали призерами и победителями Всероссийской олимпиады по физике, олимпиады Максвелл, Всесибирской олимпиады, Азиатской и Международной олимпиад по физике. Кроме того, преподаватели принимают участие в проверке работ единого государственного экзамена по физике, в организации работы и проведения итоговых конференций научного общества учащихся, в работе специализированных учебных заведений города Магнитогорска и Челябинской области.