Oddelek za fizikalne preiskave zajema največ različnih strokovnih področij forenzike, in sicer preiskave tekstilnih vlaken, orožja, sledi orodja in obuval, stekla in zemlje, sledi v zvezi s prometnimi nesrečami, preiskave električnih in eksplozivnih naprav, sledi, povezanih s požari, ter preiskave sledi z rok strelca in strelne razdalje. Na oddelku med drugim preizkušajo balistično zaščito protistrelnih zaščitnih materialov in izdelkov ter strelnega orožja in streliva.

Tudi na začetku delovanja so opravljali podobne preiskave, poleg tega pa še primerjave rastlinskih in živalskih sledi ter identifikacije sledi nog, preiskave barv in lakov, las, tekstilnih vlaken, človeških izločkov in zob; preiskovali so tudi ponarejen denar, štampiljke, znamke in umetniške predmete. Danes so nekatere preiskave naloga drugih oddelkov (preiskave barv in lakov kemijskega izvora, človeških izločkov in zob biološkega izvora, preiskave denarja in štampiljk pa opravljajo na Oddelku za preiskave dokumentov), zanimivo pa je, da so preiskave tekstilnih vlaken dolgo časa opravljali na Oddelku za biološke preiskave (po njegovi ustanovitvi), danes pa so ponovno del Oddelka za fizikalne preiskave.

Oddelek za fizikalne preiskave opravlja naslednje preiskave:

• preiskave tekstilnih vlaken in tekstilij s stereomikroskopijo za iskanje in izločanje vlaken, primernih za nadaljnje preiskave; primerjalna mikroskopija z navadno in polarizirano svetlobo za ugotavljanje morfološke enakosti vlaken; UV/VIS-spektrofotometrija za ugotavljanje enakosti barv vlaken; z infrardečo spektrofotometrijo se ugotavlja kemijska sestava vlaken; pregled in opredelitev mehanskih, termičnih in kemijskih poškodb tkanin;

• preiskave morfoloških značilnosti las in dlak omogočajo ugotavljanje izvora las na podlagi primerjave morfoloških značilnosti (pri dlakah je to mogoče le pri sramnih dlakah), ugotavljanje kozmetične obdelave las (beljenje, barvanje in drugo), ugotavljanje poškodb las in dlak (mehanskih, termičnih in kemijskih) ter njihove razvojne stopnje (anagena, katagena in telogena);

• preiskave sledi obuval z namenom ugotavljanja skladnosti med zavarovano sledjo obuvala in konkretnim obuvalom;

• primerjava sledi orožja na kroglah in tulcih orožja za identifikacijo konkretnega orožja, uporabljenega na kraju dejanja (potrebno je primerjalno streljanje); določitev vrste orožja, kadar so na voljo tulci in/ali krogle, ne pa orožje samo; ugotavljanje tehnične brezhibnosti orožja in njegove nevarnosti pri predelavah;

• preiskave sledi na odlomljenih ključavnicah, bodisi za povezovanje s konkretnim orodjem bodisi za povezovanje kaznivih dejanj med seboj; ugotavljanje sledi specialnega orodja v ključavnicah; preiskave zdrsnin, odtisnin in prereznin, da bi ugotovili, ali je sled na kraju povzročilo zaseženo orodje; primerjava odlomljenih ali odrezanih delov, da se ugotovi, ali sta dela pred lomom ali rezom sestavljala celoto;

• ugotavljanje vzroka nastanka požara ali eksplozije, pri čemer je treba najprej določiti mesto nastanka požara oziroma eksplozije, nato pa z analizo najdenih sledi ugotoviti vzrok dogodka; preiskave električnih inštalacij in naprav in preiskave avtomobilskih žarnic;

• preiskave sledi prometnih nesreč, in sicer ugotavljanje poškodb na pnevmatikah in platiščih koles (ali je poškodba nastala pred nesrečo ali je posledica nesreče), preiskava stanja žarilne nitke (ali je žarnica v trenutku nesreče svetila)
• preiskave stekla in zemlje;

• preiskave sledi z rok strelca, analiza anorganskih elementov z vrstičnim elektronskim mikroskopom SEM-EDX in analiza srebra v pasteh za domače tatove z atomsko absorpcijo;

• preiskovanje posnetkov varnostnih kamer, videodokumentiranje, 3D-skeniranje in snemanje z brezpilotnim letalnikom;

• določanje strelne razdalje glede na morfološke značilnosti strelnih poškodb in s kemijskimi testi.