La théorie des champs unifiés est parfois appelée Théorie du Tout (TOE, pour faire court) : le moyen longtemps recherché de lier tous les phénomènes connus pour expliquer la nature et le comportement de toute la matière et l’énergie existantes. En physique, un champ désigne une zone sous l’influence d’une force, comme la gravité ou l’électricité, par exemple. Une théorie unifiée des champs réconcilierait les aspects apparemment incompatibles de diverses théories des champs pour créer un seul ensemble complet d’équations. Une telle théorie pourrait potentiellement percer tous les secrets de la nature et rendre possible une myriade de merveilles, y compris des avantages tels que le voyage dans le temps et une source inépuisable d’énergie propre, entre autres. Selon Michio Katu, physicien théoricien au City College, City University of New York, ceux qui sont à la poursuite d’une théorie des champs unifiée cherchent « une équation d’un pouce de long qui nous permettrait de lire dans l’esprit de Dieu. »
James Clerk Maxwell a proposé la première théorie des champs, pour l’électromagnétisme, au milieu des années 1800. Au début du XXe siècle, la théorie générale de la relativité d’Albert Einstein – traitant de la gravitation – est devenue la deuxième théorie des champs. L’expression « théorie des champs unifiés » a été inventée par Einstein, qui tentait de prouver que l’électromagnétisme et la gravité étaient des manifestations différentes d’un seul champ fondamental. Lorsque la théorie quantique est entrée en scène, le puzzle est devenu plus complexe. La théorie de la relativité explique la nature et le comportement de tous les phénomènes au niveau macroscopique (ce qui est visible à l’œil nu) ; la théorie quantique explique la nature et le comportement de tous les phénomènes au niveau microscopique (atomique et subatomique). Cependant, les deux théories sont incompatibles, ce qui laisse perplexe. Peu convaincu que la nature prescrirait des modes de comportement totalement différents pour des phénomènes dont l’échelle était simplement différente, Einstein a cherché une théorie qui réconcilierait les deux théories apparemment inconciliables qui constituent la base de la physique moderne.
Bien que l’électromagnétisme et les forces nucléaires forte et faible soient expliqués depuis longtemps par une seule théorie connue sous le nom de modèle standard, la gravitation ne rentre pas dans l’équation. La quête actuelle d’une théorie unifiée des champs (parfois appelée le saint Graal des physiciens) se concentre en grande partie sur la théorie des supercordes et, en particulier, sur une adaptation connue sous le nom de M-théorie.
La théorie des supercordes est une théorie de la gravitation.