Peter Higgs från Storbritannien och Francois Englert från Belgien delar priset.
På 1960-talet var de bland flera fysiker som föreslog en mekanism för att förklara varför universums mest grundläggande byggstenar har massa.
Mekanismen förutspår en partikel - Higgs boson - som slutligen upptäcktes 2012 på Large Hadron Collider (LHC) vid Cern, i Schweiz.
Typ: Peter Higgs
– Årets pris handlar om något litet som gör stor skillnad, säger Staffan Normark, ständig sekreterare vid Kungliga Vetenskapsakademien.
Prof Higgs är känd för att dra sig undan från rampljuset, och han kunde inte hittas för intervju i de omedelbara efterdyningarna av tillkännagivandet.
"Han har gått på semester utan telefon," hans Edinburgh University fysik kollega Alan Walker berättade BBC, tillade att Higgs hade också varit dålig.
"Han tar en paus från allt detta, tar lite tid att slappna av, eftersom han vet när han kommer tillbaka han kommer att behöva möta en media storm."
Men universitetet publicerade ett förberett uttalande från Higgs, 84, som är emeritusprofessor i teoretisk fysik:
"Jag är överväldigad av att ta emot denna utmärkelse och tacka Kungl. Svenska Akademien", sade han.
"Jag vill också gratulera alla som har bidragit till upptäckten av denna nya partikel och tacka min familj, vänner och kollegor för deras stöd.
"Jag hoppas att detta erkännande av grundläggande vetenskap kommer att bidra till att öka medvetenheten om värdet av blåskyforskning."
Francois Englert, 80, sa att han var "mycket glad" att vinna priset, talar vid ceremonin via telefonlänk.
"I början trodde jag inte att jag hade [priset] eftersom jag inte såg tillkännagivandet," sade han till kommittén, efter deras nyhetskonferens försenades med mer än en timme.
Higgs föddes i Newcastle på Tyne, men det var i Edinburgh 1964 som han hade sin stora idé - en förklaring till varför materian i universum har substans, eller massa.
Hans teori handlade om en partikel som saknades i fysikens standardmodell, som har kommit att kallas Higgs boson.
Inom några veckor hade Francois Englert självständigt publicerat sin egen liknande teori, tillsammans med sin numera avlidne kollega Robert Brout.
Tre andra fysiker - Gerald Guralnik, Tom Kibble och Carl Hagen - gjorde också viktiga bidrag till teorin, och talade vid tillkännagivandet av upptäckten av Higgs boson 2012.
Hagen har länge argumenterat för att namnet på partikeln ska ändras och protesterat mot "rockstjärnan" status där Higgs hålls.
Och Higgs har också uttryckt sitt obehag med den uppmärksamhet han har fått och föredrar att kalla partikeln "skalarbosonen".
I ett uttalande på tisdagen, Kibble, av Imperial College London, sade han att han var "glad" Nobelpriset hade gått till arbetet av Higgs och Englert.
"Mina två medarbetare, Gerald Guralnik och Carl Hagen, och jag bidrog till den upptäckten, men vår tidning var utan tvekan den sista av de tre som skulle publiceras.
– Det är därför ingen överraskning att Svenska Akademien inte kände sig kapabel att inkludera oss, eftersom det är en självpålagd regel att priset inte får delas av mer än tre personer.
"Mina uppriktiga gratulationer går till de två pristagarna Francois Englert och Peter Higgs."
Och den berömde fysikern professor Stephen Hawking tillade: " I början av 60-talet kämpade teoretiker för att förstå varför partiklar har massa. Peter Higgs och Francois Englert föreslog en mekanism som kallas symmetribrott. Mekanismen förutspådde också en massiv partikel, Higgs boson. Upptäckten förra året vid Cern av en partikel med rätt egenskaper bekräftar denna förutsägelse och är en triumf för teorin."
Att bevisa teorin korrekt tog nästan ett halvt sekel och innebar att skapa den största och mest sofistikerade maskin mänskligheten någonsin har byggt.
LHC vid Cern ligger i en cirkulär tunnel 27 km runt. Den är så stor att den delvis finns i Schweiz, delvis i Frankrike. Det tog tio år och tusentals forskare och ingenjörer att bygga den.
Cern generaldirektör Rolf Heuer sa att han var "trillad" att årets pris hade gått till partikelfysik.
" Upptäckten av Higgs boson i Cern... markerar kulmen av årtionden av intellektuella ansträngningar av många människor runt om i världen", kommenterade han.
Nobelprisen - som också täcker kemi, medicin, litteratur, fred och ekonomi - värderas till 8 miljoner svenska kronor (775 000 pund; 1,2 miljoner kronor). Pristagarna får också medalj och diplom.
Den officiella citeringen för Englert och Higgs löd: "För den teoretiska upptäckten av en mekanism som bidrar till vår förståelse av ursprunget till massan av subatomära partiklar, och som nyligen bekräftades genom upptäckten av den förutsagda fundamentala partikeln, av Atlas- och CMS-experimenten vid Cerns Large Hadron Collider".
David Willetts, brittisk minister för universitet och vetenskap, sade att priset var "ett otroligt stöd för kvaliteten på brittisk vetenskap".
Premiärminister David Cameron sade: " Denna lysande prestation är välförtjänt av erkännande av Peter Higgs livstid av hängiven forskning och hans passion för vetenskap.
– Det är också en ära för de världsledande brittiska universiteten där denna forskning genomfördes.
"Det tog nästan 50 år och tusentals stora hjärnor att upptäcka Higgs boson efter Prof Higgs föreslog det, och han och alla dessa människor borde vara extremt stolta."
Två forskare har vunnit Nobelpriset i fysik för sitt arbete med Higgs bosonteorin.