Program fizyczny Eksperyment T2K został zaproponowany w 2003 roku, a celem jego działania były następujące pomiary: Odkrycie oscylacji νμ → νe, a tym samym potwierdzenie, że ostatni nieznany wtedy kąt mieszania θ13 ma niezerową wartość. Precyzyjny pomiar parametrów oscylacji Δm i θ23 za pomocą analizy zanikania neutrin mionowych. Poszukiwanie oscylacji neutrin sterylnych, które byłyby widoczne jako deficyt oddziaływań neutrin przez prądy neutralne. Pomiary przekrojów czynnych dla poszczególnych typów oddziaływań różnych rodzajów neutrin i jąder tarczy w zakresie energii rzędu kilku GeV.
Od początku zbierania danych w 2010 r. eksperyment T2K dostarczył serię światowej klasy wyników fizycznych: Potwierdzenie pojawiania się neutrin elektronowych w wiązce neutrin mionowych (νμ → νe), co było pierwszym przypadkiem, gdy neutrina wyprodukowane w jednym stanie zapachowym zostały bezpośrednio zaobserwowane jako neutrina o innym zapachu. Najdokładniejszy na świecie pomiar parametru θ23. Pierwsze znaczące ograniczenie na wartość parametru δCP, odpowiedzialnego za asymetrię materia-antymateria w sektorze neutrin. Limity na wartości parametrów związane z oscylacjami neutrin sterylnych na podstawie analiz z użyciem bliskiego detektora ND280 i dalekiego detektora Super-Kamiokande. Różnorodne pomiary przekrojów czynnych na