Nghị định 97/CP ngày 10/12/1993 về việc thành lập Đại học Quốc gia Hà Nội.
Năm 1993, theo Nghị định 97/CP, Đại học Quốc gia Hà Nội được thành lập trên cơ sở tổ chức, sắp xếp lại các trường đại học lớn ở Hà Nội, trong đó có Trường Đại học Sư phạm Hà Nội I. Trường Đại học Sư phạm trở thành một trường thành viên của Đại học Quốc gia Hà Nội, mở ra một môi trường tổ chức mới cho hoạt động đào tạo và nghiên cứu.
Đối với Khoa Vật lí, giai đoạn này trùng với thời kỳ đất nước đẩy mạnh đổi mới, mở cửa và hội nhập khoa học. Sau nhiều năm thiếu thốn về thiết bị, các phòng thí nghiệm bắt đầu có điều kiện tiếp cận những nguồn đầu tư và hợp tác mới. Khu nhà C được đưa vào sử dụng; nhiều hoạt động đào tạo và nghiên cứu của Khoa chuyển dần từ nhà A sang nhà C.
Một số bộ môn xây dựng các dự án tăng cường thiết bị phục vụ thực hành và nghiên cứu. Đội ngũ cán bộ trẻ được khuyến khích học tập, nghiên cứu ở nước ngoài, tạo tiền đề cho các hướng chuyên môn mới về vật liệu, quang học, Vật lí môi trường, thiên văn, mô phỏng và phương pháp dạy học hiện đại.
Hoạt động thiên văn là một điểm nhấn đáng chú ý. Tư liệu của Khoa ghi nhận sự liên kết của đội ngũ giảng dạy, nghiên cứu thiên văn với cộng đồng khoa học trong và ngoài nước; sự kiện nhật thực toàn phần năm 1995 tại Phan Thiết trở thành một dịp thúc đẩy hoạt động quan sát, hội thảo và hợp tác chuyên môn.
Năm 1997, Khoa mở lớp đào tạo giáo viên Vật lí chất lượng cao. Đây là bước chuyển quan trọng trong tư duy đào tạo: bên cạnh nhiệm vụ đào tạo giáo viên quy mô lớn, Khoa chú trọng phát hiện và bồi dưỡng những sinh viên có năng lực nổi trội, tạo nguồn cho các trường đại học, viện nghiên cứu, trường chuyên và các cơ sở giáo dục chất lượng cao.
Ngày 12/10/1999, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 201/1999/QĐ-TTg tách Trường Đại học Sư phạm khỏi Đại học Quốc gia Hà Nội. Từ đây, Trường chính thức mang tên Trường Đại học Sư phạm Hà Nội và bước sang một giai đoạn phát triển độc lập mới.
Dù chỉ kéo dài khoảng sáu năm, giai đoạn 1993–1999 có ý nghĩa rõ rệt đối với Khoa Vật lí: mở rộng tư duy liên ngành, tăng cường cơ sở vật chất, thúc đẩy đào tạo chất lượng cao và tạo nền cho quá trình quốc tế hóa đội ngũ trong những thập niên tiếp theo.
