CERN pojawił się jako międzynarodowa organizacja, której celem było współfinansowanie przez państwa członkowskie kosztownych badań doświadczalnych w fizyce oddziaływań elementarnych. Niemniej jednak, od początku jego istnienia, częścią CERN-u jest Departament Teoretyczny. Stworzenie współczesnej teorii oddziaływań elementarnych, tak zwanego Modelu Standardowego, w którym CERN odegrał pierwszoplanową rolę, było możliwe wyłącznie dzięki syntezie badań doświadczalnych i teoretycznych. Tak jest też teraz, gdy program badawczy CERN-u nastawiony jest głównie na poszukiwanie jeszcze bardziej podstawowej teorii tych oddziaływań, która wyjaśni pewne zagadki Modelu Standardowego.
Od początku jego istnienia, zadania Departamentu Teoretycznego w CERN-nie sformułowane zostały następująco:
- być centrum doskonałości w teoretycznej fizyce wysokich energii i dziedzinach pokrewnych we wszystkich aspektach,
- zapewnić wsparcie eksperymentalnemu programowi CERN i skorzystać z jego stymulującego środowiska,
- być wysokiej jakości centrum referencyjnym dla międzynarodowej społeczności fizyków teoretycznych, aby się spotykać, wymieniać pomysłami i współpracować,
- dawać wkład w edukację, szkolenia i popularyzację fizyki na miejscu i poza nim.
Na przestrzeni prawie 60-ciu lat polskich kontaktów z CERN-em, zarówno przed oficjalnym przystąpieniem Polski do tej organizacji jak i po, polscy fizycy-teoretycy ściśle współpracują z Departamentem Teoretycznym w CERN-nie w każdym z wymienionych wyżej czterech punktów. Dzięki tej współpracy, ich wkład w światowy program badań w fizyce oddziaływań elementarnych jest znaczący, nierzadko nawet wiodący. Trzonem współpracy są teoretycy krakowscy i warszawscy, choć udział innych ośrodków, szczególnie katowickiego, jest też ważny. Formy współpracy są bardzo różne, zaczynając od licznych staży naukowych i zaproszeń do CERN-u jako tzw. visiting scientists. Wymiernymi efektami współpracy są liczne wspólne publikacje naukowe z fizykami w CERN-nie, zarówno z teoretykami jak i eksperymentatorami w przypadku rozwinięcia przez polskich teoretyków narzędzi teoretycznych niezbędnych do analizy danych doświadczalnych. Bardzo ważne było i jest uczestnictwo w organizowanych przez Departament Teoretyczny grupach badawczych, warsztatach tematycznych i specjalistycznych sympozjach naukowych, z bardzo szerokim międzynarodowym uczestnictwem. Pozwoliło to na promocję wyników teoretyków polskich i uznaniu ich prekursorskiego znaczenia dla analizy danych doświadczalnych lub nowych kierunków badań. Tematyka prowadzonych badań ewoluowała z czasem, wraz z rozwojem badań w tej dziedzinie i pojawianiem się w CERN-nie kolejnych narzędzi badawczych czyli kolejnych akceleratorów.
W Warszawie badania teoretyczne w fizyce oddziaływań elementarnych prowadzone były i są w Instytucie Fizyki Teoretycznej UW i w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (poprzednio – Instytut Problemów Jądrowych a jeszcze wcześniej – Instytut Badań Jądrowych). W latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych ubiegłego wieku skupiały się one głównie na oddziaływaniach silnych, w dużym stopniu w powiązaniu z badaniami doświadczalnymi w CERN-ie na ówczesnych akceleratorach. Trwałe miejsce w osiągnięciach tamtych czasów znalazły takie wyniki teoretyków z Warszawy, otrzymane we współpracy z CERN-em, jak własności analityczności amplitud rozpraszania, fenomenologia procesów wielorodnej produkcji i jej związek z modelem partonów Feynmana oraz nowatorskie zastosowania perturbacyjnych metod w chromodynamice kwantowej. Wraz z nastaniem w CERN-nie ery LEP-u, punkt ciężkości badań teoretyków warszawskich przesunął się w kierunku precyzyjnych testów Modelu Standardowego, fizyki wciąż jeszcze nieodkrytego bozonu Higgsa i fizyki procesów zachodzących ze zmianą zapachu kwarków. Szczególne znaczenie dla potwierdzenia poprawności Modelu Standardowego miało poszukiwanie cząstki Higgsa. Wymagało to szczegółowego teoretycznego zbadania własności cząstki Higgsa zarówno w Modelu Standardowym jak i w jego prawdopodobnych rozszerzeniach oraz przygotowania narzędzi numerycznych do interpretacji wyników obserwacji doświadczalnych. Bardzo istotny, trwały i powszechnie doceniony wkład wniosły tu prace teoretyków warszawskich.
Długi, bo około dwudziestoletni okres budowy akceleratora LHC (motywowany ostatecznym rozstrzygnięciem dla istnienia lub nie bozonu Higgsa) charakteryzował się także coraz wyraźniejszym przesunięciem zainteresowań teoretyków w kierunku poszukiwania rozszerzenia Modelu Standardowego i jego możliwych testów doświadczalnych w LHC. Prace teoretyków warszawskich zapoczątkowały nowe kierunki badań w CERN-ie i w świecie w modelach supersymetrycznych, w modelach opartych na koncepcji istnienia nowych, bardzo małych dodatkowych wymiarów i w fizyce zapachu. Bardzo duży sukces odniosły także ulepszone przez nich metody teoretyczne poszukiwania fizyki wykraczającej poza Model Standardowy niezależnie od konkretnego modelu, w ramach tzw. Efektywnej Teorii Pola. Ściśle związany z programem CERNu jest ważny wkład grupy warszawskiej w poszukiwanie ciemnej materii i do fizyki aksjonów. Od 2012 roku Uniwersytet Warszawski ma formalną umowę o współpracy naukowej z Departamentem Teoretycznym w CERN-ie, koordynowaną przez Instytut Fizyki Teoretycznej.
Przed przystąpieniem Polski do CERN-u współpraca krakowskich fizyków teoretycznych z CERNem skupiała się głównie na teorii oddziaływań silnych. Przystąpienie Polski do CERN-u zbiegło się z początkiem ponad 10-letniej eksploatacji zderzacza elektron pozytron LEP, którego eksperymenty udowodniły w precyzyjnych pomiarach prawdziwość Modelu Standardowego oddziaływań elektrosłabych na poziomie kwantowym. Nie byłoby to możliwe bez obliczeń Krakowskiej grupy fizyków w postaci programów Monte Carlo, które były kluczowe w analizie danych LEP, praktycznie dla każdego ważnego procesu mierzonego w eksperymentach LEP. Trzy najważniejsze procesy to był proces produkcji bozonu Z i jego rozpadu na pary muonow i leptonów tau, proces Bhabha elastycznego rozpraszania elektron-pozytron i proces produkcji par bozonów W. W tym ostatnim projekcie były też użyte obliczenia autorstwa teoretyków z Uniwersytetu Śląskiego. Głównym źródłem sukcesu grupy krakowskiej było to, że wszystkie obliczenia przewidywań teoretycznych i odpowiednie programy, instrumentalne dla weryfikacji Modelu Standardowego, były oparte na zupełnie nowych pomysłach i rozwiązaniach w dziedzinie obliczeń w Kwantowej Teorii Pola. W szczególności został rozwiązany problem powiązania w jednym rachunku i programie komputerowym efektów spinowych typu „splątania kwantowego”, wyższych rzędów perturbacyjnych poprawek (w szczególnosci emisji fotonów do nieskończonego rzędu) oraz stochastycznej realistycznej symulacji z zachowaniem dokładnym energii i pędu. Były to rozwiązania przełomowe w dziedzinie praktycznych rachunków w Teorii Pola które zapewniły grupie krakowskiej praktycznie monopol w dziedzinie tych ważnych dla eksperymentów LEP obliczeń. W ostatnich latach fizycy krakowscy odnieśli znaczące sukcesy w modelowaniu oddziaływań silnych w eksperymentach LHC — w szczególności w modelowaniu zderzeń ciężkich jąder atomowych, procesów produkcji dżetów w małych pędach poprzecznych oraz w uzupełnianiu programów Monte Carlo typu “parton shower” o skończone poprawki QCD. Grupa krakowskich teoretyków skupiona jest głównie w Instytucie Fizyki Jądrowej i na Uniwersytecie Jagiellońskim.
Ciągła współpraca polskich teoretyków z Departamentem Teoretycznym CERNu na wielu opisanych wcześniej płaszczyznach (a także w bardziej prozaicznych aspektach jak dostęp do zasobów komputerowych i udostępnienia przestrzeni biurowej do pracy w czasie częstych krótkich wizyt w CERNie) odgrywała i odgrywa bardzo istotną rolę w osiąganiu ich sukcesów.