作為自然科學的帶頭學科，物理學（英文名：physics）是對自然界概括規律性的總結，是概括經驗科學性的理論認識，同時也是研究物質世界的物理現象、最基本的結構、最普遍的相互作用、最一般的運動規律及所使用的實驗手段和思維方法的自然科學，是其他自然科學和工程技術科學的研究基礎，從事物理學研究工作的科學家被稱為物理學家。物理學的研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物質最基本的運動形式和規律。物理學充分用數學作為自己的工作語言，它是當今最精密的一門自然科學學科。2021年，中國物理學自然指數排名世界第一。
物理學是古老的學科之一，其中的天文學，也許是最古老的學科。在過去兩千多年里，物理學、化學、生物學和數學的某些分支都是自然哲學的一部分，直到18世紀初科學革命（始于16世紀）的尾聲時，仍歸屬于自然哲學，只是這時的自然哲學已經擺脫了亞里士多德式的形而上學，摒棄了解釋的神秘性質； 到19世紀，才相繼獨立出來，成為現代意義上的科學學科。
物理學是一門實驗科學，也是一門崇尚理性、重視邏輯推理的科學。在物理學的發展歷程中，研究方法、理論、實驗設備不斷更迭與完善。物理學與許多學科交叉形成新的研究領域，如生物物理學和化學物理，物理學的邊界沒有嚴格的定義。物理學的新思想被用于解釋其他科學研究的基本機制，并為這些學科和其他學科（如數學和哲學）的研究提供新的方法。
在許多科學技術領域和生產部門中，都廣泛地應用著物理學中的力學、熱學、電磁學、光學和近代物理等各方面的基本理論和基本知識。幾乎所有的重大新（高）技術領域的創立，事先都在物理學中經過長期的醞釀。物理學的基本理論、基本知識和基本技能，促進了現代化的發展，對電磁學或核物理理解的進步直接導致了電視、計算機、家用電器和核醫學器械等新產品的開發；熱力學的進步促進了工業化的發展，力學的進步促進了微積分的發展。
詞源
physics（物理學）是拉丁語physiica的中性復數，源自希臘語φυ?σιs ，字面意思是“自然的事物”，演變從希臘語的φυ?σιs （意為自然） 到φυσικ? （意為自然的）再到拉丁語的physica （意為自然哲學）最后才是英語的physics，在科學或學科（聲學、經濟學等）的名稱中，會使用形容詞的中性復數ics后綴，“關于的”來表示“與之有關的事情”，-ics后綴來源于希臘語后綴-ika的中性復數變化-ikos和拉丁語后綴-ica的中性復數變化-icus，主要表示學科名稱。
物理學簡史
物理學在經典時代是由與它類似的自然哲學的研究所組成的，直到十九世紀物理學才從自然哲學中分離出來成為一門實證科學。
古代天文學
天文學是最古老的自然科學之一。公元前4000-前3000年左右，在底格里斯河和幼發拉底河的兩河流域（美索不達米亞）、尼羅河（古埃及），印度河流域（古印度）以及中國的黃河流域等，先后出現了原始的農業定居區，在這些地區，天文學發展起來。古時的人們雖然開始了對天象的觀測，并取得了某些成果，但對宇宙的認識卻還處于十分幼稚的狀態。他們通常是按照自己的生活環境，根據一些零星片斷的觀測事實來想象宇宙的構造。巴比倫人最早把天和地設想為浮在水上的兩個扁盤，后來，建立新巴比倫王國的迦勒底人則進一步設想地是半球形的，周圍是大洋，正中是高山，幼發拉底河就從那里發源，天穹則是一個在大地之上的更大的半球，在浮著地的大洋之外以及在天上居住著神靈，在天的東西兩側各有一根管子，太陽每天從東口升起，而從西口落下，翌晨再出于東口，古埃及人認為，世界象一只長方形的盒子，大地是盒底，天是盒蓋，四周架在從大地四角隆起的四座大山頂上，天頂稍微拱起，環繞大地周圍的是宇宙之河，尼羅河是宇宙之河從南方分出來的一個支流，流過大地的中央。我國最早的蓋天說認為“天圓如張蓋，地方如棋局”，認為天穹象倒扣著的鍋，而大地是平的。后來經過改進后的蓋天說則認為“天象蓋笠，地法復”，進一步認為大地也是中央凸起的，在印度則把大地想象為負在幾只大象上，而象則站在巨大的龜背上。那時候，居住在古代文明地區的各個民族，都把自己看成位于世界的中心，大地的中央，他們把四季的循環，晝夜的交替，日月食、彗星、新星的出現等種種自然現象都看成是至高無上的“神明”的有意安排。
自然哲學
公元前2953年—前2838年，伏羲發明了八卦，用陰爻（yáo）（符號為--）和陽爻（符號為-）交錯順序排列，構成八種元素，代表著八種自然現象：天、地、山、澤、風、雷、水、火，認為是八種元素相互組合，相互作用，引起了自然界的演化，產生了世界萬物。
約商朝時期（公元前1600年—前1046年）前，古代中國人發明了滑輪用于改變用力的方向或搬運重物，并稱其為“滑車”。公元前1152年—前1056年，周文王對八卦進行了系統的研究和全面的闡釋，并撰《周易》，《周易》記載：“是故易有太極，是生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦。”大意是說，萬物的本源是處于原始狀態的“太極”，生出天、地兩儀，再生出春夏秋冬四象，又生出天、地、山、澤、風、火、雷、澤這八種“八卦”物質，八卦物質的變化產生了萬物。
公元前1046年，姬發提出五行說，認為組成世界萬物的是水、火、木、金、土這五種物質要素。西周時期（公元前1046年—前771年），古代中國人形成了陰陽的概念，認為萬物可分為“陰”和“陽”兩個對立的屬性，用陰陽的概念來解釋天地的分離，四季的變化，解釋干濕、冷熱、升降等大量既對立又相互關聯的現象，認為陽氣的性質是蒸發上升，陰氣的性質是沉滯下降，陽氣上升形成天、陰氣下沉形成地。
古希臘時期（公元前800-前30年左右，希臘古風時期到希臘化時期）米利都的哲學家泰勒斯（Thales）被稱為“科學之父”，他和他的弟子是第一批從理性的角度探索自然現象奧秘而拒絕對自然現象的神話解釋的人，被稱為米利都學派。公元前580年左右，泰勒斯提出萬物源于水的理論，他認為所有構成物質，包括土壤、空氣、植物和動物等的都是由水構成，而地球是浮在廣闊的海面上的一個圓盤，是處于凝固過程中的水，這一理論被視為探討萬物之本的科學研究的開端。公元前585年，泰勒斯記錄了用木塊摩擦過的琥珀能吸引碎草屑等輕小物體的能力。公元前 611-前546 年，泰勒斯的學生阿那克西曼德（Anaximander）提出無限理論，他認為事物的本源不是泰勒斯所假設的水而是一種無限的、充滿空間的有生命的質料，將事物的所有性質歸于這一無限，事物通過分離從中無限產生出來。
公元前500年左右，赫拉克利特（Heraclitus）提出“永恒的變化”的學說，認為萬物都處于流變的狀態中；而同時期的巴門尼德（巴門尼德）則提出了“思想與存在是同一的”命題，認為存在是永恒、不動、真實，可以被思想的；感性世界的具體事物是非存在、假象，不能被思想的。沒有存在之外的思想，被思想的東西和思想的目標是同一的。
春秋戰國時期（公元前770年—前221年）古代中國人發明了天平與桿秤，并稱它們為“權衡”或“衡器”。“權”就是砝碼或秤錘，“衡”是指秤桿，戰國時期（公元前475年—前221年）以魯國人墨子為首的墨家學派著《墨經》，《墨經》記述了秤的杠桿原理，并對杠桿平衡的各種情形進行了討論，墨翟在《墨經》中將滑輪稱為“繩制”，并討論了它的力學原理。墨家學派的學者把原子稱作“端”，《墨經》中指出：“端，體之無厚而最前者也。”“（端）是無問也。”“端”的意思是萌芽的尖，墨家認為，端的尺寸非常小（“無厚”），因此，其內部是無間隙的，由于端是最小的，已無法對它再進行分割。還指出，端按一維方向積累就構成了“尺”、按二維積累就構成了“區”、按三維積累就構成了“穴”，最后構成了萬物。
同時期的道家學派創始人老子認為，“道生、一生二，二生三，三生萬物，萬物負陰而抱陽，沖氣以為和。”即萬物生成前是一個混沌狀態的世界，“道”是無形無象的混沌狀態的精氣，“一”與“道”在“老子”的哲學思想里是同義詞“，”一生二“即混沌解離而誕生為陰陽二氣，陰陽二氣互相沖擊而產生的中和氣叫做“沖氣”，陰氣、陽氣和沖氣產生方物。宋钘、尹文從道家學派的理論出發，確立了精氣學說，認為，精氣和“道”一樣，是宇宙間一切事物的最基本要素，按一定秩序結合起來就能生出方物。”鬼神“也只是精氣派中出來的變格影像，精與氣的本質都是基本要素，其差別僅在于，精是氣中最精華的部分，是氣的淵源。
公元前428一前347年，柏拉圖（Plato）將建立了一個“兩球（地球天球）宇宙”的模型與“地球中心說”的天文學假設，將宇宙分成地球區域與天體區域兩大區塊。
公元前367-前347年，柏拉圖的學生亞里士多德（Aristotle）完成了著作《物理學》（phusikes akroaseos），他認為，世上所有的物體都由4種化學元素—土、水、氣和火構成并假設土比水重、水比氣重、而火為輕。他引入了“自然位置”的概念，認為每一個物體都有其“自然位置”，當物體處在自然位置時，就保持靜止；偏離自然位置時，就要借助自然運動返回自然位置；他將運動范式定義為包含同一身體中不同區域的存在或實體。 這意味著，如果一個人位于某個位置 (A)，他們可以移動到新位置 (B)，并且仍然占用相同的空間。 亞里士多德提出了地心說，認為地球是宇宙的中心，地球靜止不動，星星圍繞地球運動.并解釋地球所以不能運動，是因為它主要由土元素組成，土元素的自然位置在地心。他注意到，某些運動（如下落）無需外界幫助即可維持；而另外一些運動只有借助外界作用才能維持（如推車），他把前者稱為“自然運動”，后者稱為“強迫運動”，認為宇宙中所有的運動不是自然的，就是強迫的。亞里士多德還發表了許多著作，包括《論動物的部分》（《De Partibus Animalium》）、《天象學》（《Meteorologica》）、《論宇宙》（《De Mundo》）等。
在后世的20世紀，亞里士多德的作品受到廣泛批評。利奧六世伯特蘭·阿瑟·威廉·羅素（Bertrand Russell）曾說：“幾乎每一個嚴肅的思想進步都必須從對亞里士多德學說的攻擊開始。”伯特蘭·阿瑟·威廉·羅素稱亞里士多德的倫理學“令人厭惡”，并稱他的邏輯“像克羅狄斯·托勒密天文學一樣絕對過時”。羅素說，這些錯誤使得人們很難對亞里士多德進行公正的歷史評判，直到人們意識到他比他的所有前任都取得了多大的進步。
公元前240年左右，埃拉托斯特尼（Eratosthenes of Cyrene）在沒有使用任何精密的測量儀器的情況下首次測量了出地球的周長。公元前270年，阿里斯塔克斯（Aristarchusof Samos）提出日心說，認為所有的行星都圍繞著太陽運轉，?并測量了日、月、地之間的距離和相對大小。公元前 287-前212 年，阿基米德（阿基米德）創立了杠桿、滑輪和質點的理論，開發了復雜的滑輪和杠桿系統，以用最小的力移動大型物體。他在他的著作《論浮體》（On floating bodies）中提出了阿基米德浮力定律，當一個物體放入液體中時，物體的重量就會減輕，減輕的重量與被它所取代的那部分液體的重量相等。公元前190-前125年，喜帕恰斯（Hipparchus）繼承了亞里士多德的觀點，認為地球處于宇宙中心，行星圍繞地球的運行是一個大圓，同時行星還有另一種小圓運動，實際運行就是類似于環狀的運動。這些小圓套上大圓的模式，他稱之為本輪模型，借助太陽系的均輪本輪模型以及觀測記錄，喜帕恰斯準確地預測日食和月食，并運用三角學方法計算出月球與地球距離。
希臘化時期后的羅馬帝國時期，克羅狄斯·托勒密（Ptolemy，約 85—168年）對地心學說進行了改進，形成了自己系統化的一套地心說理論，在托勒密的地心說看來，地球處于宇宙的中心，靜止不動，太陽及其他行星圍繞著地球運行，為了解釋與彌合天文觀測的差距，托勒密構造出本輪-均輪體系，以使地球中心體系符合觀察到的星體運動路徑。中世紀的西方教會將其納入到嚴密而龐大的神學體系中，作為上帝創世說的一個不可缺少的組成部分。
約27-97年，東漢學者王充對精氣學說作了全面的繼承和發展，提出了較為完整的以氣為基礎的“元氣自然論”，認為天地萬物都是由“元氣”構成的，元氣是自然界萬物的基礎，元氣是與云霧相似的最原始的物質元素。利用元氣說解釋了一些自然現象，如日食和月食、雷電、氣候變化等。
中世紀歐洲與伊斯蘭物理學
10-11世紀，伊本·海瑟姆（Ibn al-Haytham）做了大量的光學實驗，確認了光線在不同介質的界面上發生折射時，入射線、折射線和入射點的法線同在一個平面之上，他還研究了球面鏡、拋物面鏡以及球面影像差別的問題，認識到了平凸透鏡的放大作用，正確地解釋了太陽和月亮在接近地平線時看起來要比在空中大些的原因；并著有《光學》（《optics》）一書，奠定了近代光學研究的基礎。
阿維森納·伊本·西納（AvicennaIbn Sina）在《治愈之書》（《?The Book of Healing》）發表了他的運動理論，其中他認為投擲者會給拋射物帶來動力，并指出這種動力是暫時性的，即使在真空中也會減弱。他區分了“力”和“傾向”（稱為“mayl”），并認為當物體與其自然運動相反時，該物體就獲得了mayl。他將運動的連續性歸因于傳遞給物體的“傾向”的大小，認為物體將一直運動到“傾向”耗盡為止。11-12世紀，阿布·巴拉卡特·巴格達迪（Abu'l-Barakāt al-Baghdādī）發展了阿維森納·伊本·西納的“傾向”理論，他認為，移動者會給予被移動物體強烈的傾向，但隨著被移動物體遠離移動者，這種傾向會減弱。他還提出了通過連續增量的功率與連續增量的速度的累積來解釋下落物體的加速度。
經典物理學時期
在經典物理學時期，系統的觀察實驗和嚴密的數學演繹等研究方法已被引進物理學中，物理學的一系列重大發現，使經典物理學體系遇到了“危機”，于是引起了現代物理學革命，導致了牛頓力學體系、詹姆斯·麥克斯韋電磁場理論和能量轉化與守恒定律的建立，使經典物理學體系臻于完善，相對論和量子力學建立，使經典物理學的危機得以克服，從而完成了從經典物理學到現代物理學的轉變，從根本上改變了人們的物理世界圖景。
16-17世紀，尼古拉·哥白尼（Miko?aj Kopernik）出版了《天體運行論 影響世界歷史進程的書》（《De Revolutionibus Orbium Coelestium》），在這部書中，哥白尼闡述了他的日心和地動的觀點：太陽是宇宙的中心，行星都圍繞太陽運轉；地球是運動的，是繞太陽運轉的一個普通行星，它本身也在繞軸自轉；月亮是地球的衛星，繞地球一周為一個月。地球帶著月亮繞太陽運行。該書以全新的視角，把地球從居于宇宙的特殊地位降為一顆繞太陽旋轉的普通行星，正確地反映了太陽系的實際情況，使人類重新認識宇宙、地球乃至人類自身在宇宙中的位置，徹底打破了“地心說”，使天文學成為一門科學。
伽利略·伽利萊（Galileo Galilei）開創了動力學；伽利略對動力學的主要貢獻是他的慣性原理和加速度實驗。他研究了地面上自由落體、斜面運動、拋射體等運動，在實驗研究和理論分析的基礎上，最早闡明自由落體運動的規律，提出加速度的概念并發現了勻加速運動的規律，采用科學實驗和理論分析相結合的方法，指出了傳統的亞里士多德的運動觀點的錯誤，用自己的望遠鏡進行天文觀測證實了尼古拉·哥白尼的日心說。（在《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》（《Dialogo sopra i due massimi systemi del mondo， tolemaico e copernicano》）一書中給出了伽利略相對性原理，認為在不同的參考系中的力學的基本規律相同，即在一切慣性參考系中力學規律都具有相同的數學形式，并提出了與力學相對性原理相應的伽利略變換。
勒內·笛卡爾（René Descartes）認為，機械運動、位置移動，是物質運動的唯一形式。他在《哲學原理》（《The Principles of Philosophy》）中寫道：所謂運動就是指“一個物體由此到彼地的動作”，他認為，如果一個物體改變了它的位置，為了防止出現真空，另一個物體必需同時發生位置的移動，而且，只有通過沿著一個封閉的循環運動，有限數目的物體，才能通過改變位置而不造成真空。他提出了以太旋渦說，認為宇宙是一個以太的海洋，每一個宇宙物質粒子讓出一個位置后，其位置就被鄰近的另一個物質粒子所占據，而所空出的新位置又同時被第三個物質粒子所占據。物質粒子的這種不斷調換位置的運動，就是作循環的旋轉運動，結果形成了物質的渦流。他指出，太陽是一個大旋渦的中心，巨大的旋渦推動行星繞太陽運動。旋渦如同一個研磨機，最小的物質粒子是火元素也是構成恒星的材料，球狀的物質粒子是氣元素，構成宇宙空間，各種形狀的物質塊，就是地球、行星與彗星。
17世紀到19世紀間，從伽利略·伽利萊首先把實驗、物理思維和數學演繹結合起來，經牛頓（艾薩克·牛頓）發展，完成了經典力學體系的建立，開始了物理學作為一門系統定量的學科的歷程。惠更斯（Christiaan Huygens）以伽利略所創建的基礎為出發點，闡明了許多動力學概念和規律（包括擺的運動方程，離心力、擺動中心、轉動慣量的概念）。他發現彈性體的碰撞規律，提出能量守恒原理：在兩個物體的碰撞中，它們的質量和速度平方乘積的總和，在碰撞前后保持不變；他是能量守恒理論的先驅。把動量概念引進了物理學，提出動量守恒原理。惠更斯原理認為：對于任何一種波，從波源發射的子波中，其波面上的任何一點都可以作為子波的波源，各個子波波源波面的包洛面就是下一個新的波面。他認為每個發光體的微粒把脈沖傳給鄰近一種彌漫媒質（“以太”）微粒，每個受激微粒都變成一個球形子波的中心。他從彈性碰撞理論出發，認為這樣一群微粒雖然本身并不前進，但能同時傳播向四面八方行進的脈沖，因而光束彼此相交而不相互影響，并在此基礎上用作圖法解釋了光的反射、折射等現象。后來，奧古斯丁·菲涅耳對克里斯蒂安·惠更斯的光學理論做了發展和補充，創立了“惠更斯—菲涅耳原理”，較好地解釋了衍射現象，完成了光的波動說的全部理論。惠更斯認為，光是一種機械波。光波是一種靠物質載體來傳播的縱向波，傳播它的物質載體是“以太”。惠更斯還發現了光的偏振現象。
艾薩克·牛頓在《自然哲學的數學原理》（《Philosophiae Naturalis Principia Mathematica》）中把伽利略·伽利萊提出并經勒內·笛卡爾完善的慣性定律寫下來作為第一條運動定律，定義了質量、力和動量，指出動量的改變與外力的關系，并把它作為第二定律。同時，提出了關于作用力與反作用力之關系的第三定律。另外，他還總結了力的獨立作用原理、伽利略相對性原理和動量守恒定律，闡述了他的絕對時空觀。在《自然哲學的數學原理》中，艾薩克·牛頓繼承了尼古拉·哥白尼（Miko?aj Kopernik）、約翰尼斯·開普勒（J.Kepler）、伽利略等人對行星運動的研究，首次提出向心力的概念，并把日常所見的重力和天體之間的引力統一起來，得出萬有引力定律。這是物理學理論的第一次統一，萬有引力定律說明了行星運動規律，而且還指出木星、土星的衛星圍繞行星也有同樣的運動規律，還解釋了彗星的運動軌道和地球上的潮汐現象，根據萬有引力定律成功地預言并發現了海王星。把地面上的物體運動的規律和天體運動的規律統一了起來，對后續物理學和天文學的發展具有深遠的影響。萬有引力第一次揭示了自然界中一種基本相互作用的規律，在人類認識自然的歷史上樹立了一座里程碑。萬有引力定律出現后，才正式把研究天體的運動建立在力學理論的基礎上，從而創立了天體力學。
在《光學》（《optics》）中，艾薩克·牛頓記載了他對各種光學現象提出的問題。這些問題涉及光的顏色、光的反射與折射、光與真空、太陽光與物質的相互作用等諸多方面。關于光的本性，牛頓曾經支持光的“微粒說”，但他并非“微粒說”的堅持者，因為他也曾提出過“以太的振動”的說法。
伯努利（Daniel Bernoull）開辟并命名了流體動力學這一學科，區分了流體靜力學與動力學的不同概念。他出版了《流體動力學》（《Hydrodynamica》）一書，用流體的壓強、密度和流速等作為描寫流體運動的基本概念，引入了"勢函數”“勢能”來進行討論，表述了關于理想流體穩定流動的伯努利方程。托馬斯·楊（T.Young） 發現了散光的原理，用光的干涉試驗證明了光的波動性，解釋了肥皂泡的彩色。他把彩色和光的波長聯系起來，計算出了色光的波長，又提出了光波是縱波的理論，解釋了偏振現象。
19世紀，赫爾曼·馮·亥姆霍茲 （H.L.F.Holmhotz）發展了電動力學，提出了等效電壓源定理，當時沒有引起重視，多年后后法國電氣工程師戴維南詳細論述了這個理論，成為現代電路計算的基礎，稱為亥-戴定理。亥姆霍茲的很多實驗促進了他的學生赫茲（Heinrich Rudolf Hertz）發現了無線電。
法拉第（Michael Faraday）發現：當導線回路所交鏈的磁通量隨時間改變時，回路中將產生感應電動勢，從而引起感應電流，并且發現感應電動勢正比于磁通（或磁鏈）的時間變化率，這一結論稱為法拉第定律。電磁感應現象顯示了電、磁現象之間的相互聯系和轉化。邁克爾·法拉第還提出了電力線和磁力線的新概念來解釋電、磁現象，用實驗證實了光和磁的相互作用，為電、磁和光的統一理論奠定了基礎。焦耳（James Prescott Joule）精確地定出機械功和熱當量，證明了能量守恒定律。他指出，在能用實驗檢驗的所有情況下，能量守恒都能成立，當量比率與能量的不同形式轉換無關，焦耳所確立的原理，實際上是熱力學的第一定律。它表明，能量不能產生或者消滅，而只能轉移。
詹姆斯·麥克斯韋（James Clerk Maxwell）在《論物理力線》（《On Physical Lines of Force》）中提出了一個關于力線的機械模型，即電磁“以太”模型，創造性地提出位移電流和渦旋電場的兩大假設。提出光波就是電磁波的理論： “光本身乃是以波的形式在電磁場中按電磁規律傳播的一種電磁振動。”將電、磁、光理論進行了一次綜合。在《電磁場的動力學理論》（《A dynamical theory of the electromagnetic field》）中用場的觀點總結了電磁理論，構建了全新的理論框架。在《電磁學通論》（《Treatise on electricity and magnetism》）中進一步將電磁學實驗規律和定理定律，綜合概括在一個方程組中，以簡潔的數學結構，揭示了電場和磁場內在的完美對稱。
詹姆斯·麥克斯韋建立電磁場的動力學理論是物理學理論的第二次大統一。麥克斯韋的電磁理論是建立在邁克爾·法拉第工作基礎之上的，當時法拉第雖然已經解釋了電與磁的相互聯系與轉化，但由于缺乏數學技巧，始終不能將其構造出一個綜合統一的理論，這為麥克斯韋發揮其數學能力留下了空間。數學獨具的簡單性以及論證論證的嚴密性，再加上詹姆斯·麥克斯韋本身對數學方法的偏愛，激發了他希望通過用數學語言表達物理規律的愿望。他建的方程式可以精確的和嚴格的表明所有業已發現的電磁現象規律，將電、磁、光等過去認為互不聯系的現象統一起來，實現了經典物理學的大綜合，徹底改變了人們原來對于電、磁、光的觀點，完成一次物理學上的革命。
現代物理學時期
19世紀末、20世紀初隨著科學實驗的發展，經典物理學理論的局限性從各個方面，特別是在接近光速的高速運動領域，在原子、電子、光子運動的微觀物理現象中暴露出來。經典物理學理論陷入窘境，物理學面臨著挑戰。阿爾伯特·邁克爾遜和莫雷的實驗卻否定了以太的存在，動搖[yáo]了光波和電磁波載體的“以太”假說，以“以太”為宇宙物質背景的時空觀念遇到了根本性的困難。光電效應的經驗規律違背了經典電磁波理論關于能量連續輻射的觀點。威廉·倫琴和貝克勒爾，分別發現了x射線和鈾[yóu]的天然放射性質。約翰·湯姆遜，通過實驗確定了電子的存在。這些新發現，與過去把原子看作是不可再分的物質最小基元，以及物質的各種屬性都絕對不變的舊有觀念發生了根本沖突，經典理論受到檢驗。
1900年，德國物理學家馬克斯·普朗克根據實驗材料，提出了一個關于黑體輻射的經驗公式，即著名的普朗克公式。普朗克在整個波長范圍內，都得到了與實驗精確符合的結果。他大膽地否定了原子輻射能量的經典觀念，假設能量是以不連續的“能量子”的形式輻射的，這些有限的能量階梯的大小與頻率成正比。這一能量量子化的引入，奠定了現代物理學的理論基礎。1905，阿爾伯特·愛因斯坦把普朗克的理論加以推廣，提出了“光量子”概念，圓滿地解釋了光電效應的規律，又大膽地推翻了“以太”假說，提出了狹義相對論，突破了牛頓力學的局限性，把力學推進到接近光速的高速運動領域，并把牛頓力學作為一個近似理論概括進去。波爾把量子化的思想引進了原子模型中，成功地解釋了氫原子光譜的規律。量子論不斷突破，物理學向著原子、分子等微觀世界進發。
1915年，愛因斯坦進一步提出廣義相對論，對引力場的本質提出了嶄新的闡述，更深刻地揭示了作為空間和時間統一四維連續區與物質運動的緊密聯系。歐內斯特·盧瑟福，沖破了原子不可分割的傳統觀念，原子具有復雜結構的思想。1911年，盧瑟福又根據蓋革和馬斯登所作的α粒子散射實驗，提出了原子有核結構的模型。1923年，法國物理學家路易·德布羅意，在關于光的本性的實驗和研究中，特別是在阿爾伯特·愛因斯坦光量子理論的啟示下，把波粒二象性概念推廣到所有的微觀物體，這一假說很快就被電子衍射等實驗所證實。1925年，波恩和海森伯格等應用對應原理去處理經典物理學，發展了矩陣力學。1926年，埃爾溫·薛定諤創立了波動力學。由此，建立了量子力學理論，把力學推進到低速微觀領域。
21世紀，在歐洲核子研究中心大型強子對撞機工作的物理學家宣布，他們發現了一種與希格斯玻色子非常相似的新亞原子粒子，這是理解基本粒子為何具有質量的潛在關鍵，實際上也是理解宇宙中多樣性和生命存在的潛在關鍵。2023年，歐洲核子研究中心（CERN）的實驗團隊找到了希格斯玻色子衰變為Z玻色子和光子的首個證據。
物理學家們在試圖統一基本力、基本相互作用，他們的最終目標是找到統一場論，統一場論是物理學中尚未解決但又重要的問題。有四種基本力仍然尚未完全統一：引力和電磁相互作用，它們是遠程力，在日常生活中的可以直觀感受到；強相互作用和弱相互作用，它們在微小的亞原子距離產生力控制著核的相互作用。電磁和弱相互作用被廣泛認為是電弱相互作用的兩個方面。物理學者嘗試將量子力學和廣義相對論統一為單一的量子引力理論，這種嘗試已經持續了半個多世紀，但尚未得到決定性的解決。
學科分類構成
物理學學科有不同的分類，如力學、理論物理學、熱學、聲學、光學、電磁學、原子物理學、原子核物理學、固體物理學等，每一部門又各自包含若干分支學科。物理學的分類不是固定不變的，力學經歷長期的發展已成為獨立的學科。隨著物理學的廣泛應用，與其他學科的結合而出現了一系列邊緣科學。
中國分類
美國分類
英國分類
核心理論
經典物理學
經典物理學是量子物理學誕生之前的物理學。經典物理學包括描述質點運動的艾薩克·牛頓運動方程、詹姆斯·麥克斯韋邁克爾·法拉第電磁場理論和阿爾伯特·愛因斯坦廣義相對論。但它不局限于描述特定現象的特定理論，而是一個包括一系列原理和規則的集合，是一種當量子不確定性影響不顯著時支配一切現象的底層邏輯，這些底層規則被稱作經典力學。
經典物理學分為力學、熱學、電磁學、聲學和光學五個部分。力學是關于物質相互作用和運動的科學，研究介質運動、變形、流動的宏觀與微觀力學過程，揭示力學過程及其與物理、化學、生物學等過程的相互作用規律；熱學研究一切與溫度有關的熱現象規律；電磁學研究的是與電荷有關的現象與規律；聲學研究聲波的產生、傳播、接收和效應；光學研究光的行為和性質。
力學、熱學、電磁學、聲學和光學又可以合并而總結成三門學科：經典力學、熱力學和統計力學。經典電動力學。經典力學研究宏觀物體低速機械運動的現象和規律，其基本理論有三種表述形式：艾薩克·牛頓運動方程形式、約瑟夫·拉格朗日的微分形式和哈密頓的積分形式。經典力學包含質點力學、剛體力學、分析力學、彈性力學、流體力學、聲學等；理論的基本部分還可分為運動學、靜力學和動力學。
現代物理學
現代物理學是建立在相對論和量子力學這兩大基礎之上的物理學體系。經典物理學通常關注正常觀察尺度上的物質和能量，而現代物理學則關注極端條件下或極大或極小尺度上的物質和能量的行為。阿爾伯特·愛因斯坦于 1905年建立狹義相對論，1916年又建立了廣義相對論，狹義相對論所給出的是慣性參考系中高速運動物體所遵從的規律，它從根本上改變了許多世紀以來形成的有關時間、空間和運動的原有觀念，建立了新的時空觀，并揭示了質量和能量之間的內在聯系。當物體以接近于真空中光速的速度運動時，狹義相對論的結果與經典理論的結果的差異很明顯地表現了出來。但當物體作低速（速度遠小于光速）運動時，狹義相對論的結果與經典物理學的結果十分接近，因此經典物理學可以認為是狹義相對論在低速條件下的近似，而在處理高速運動問題時，必須采用相對論。
量子力學表明，微觀物理實在既不是波也不是粒子，真正的實在是量子態；而量子態又受到測量的影響，所以是“測不準”的。測不準關系則提出了改變主體與客體的認識關系。根本哈根幾率詮釋是被廣為接受的對量子力學的解釋。現代物理學的兩個主要理論對空間、時間和物質的概念提出了與經典物理學不同的觀點。經典力學將自然近似為連續的，而量子理論則關注原子和亞原子水平上許多現象的離散本質，以及在描述這些現象時粒子和波的互補方面。相對論涉及在相對于觀察者而言運動的參考系中發生的現象的描述。狹義相對論涉及沒有引力場的運動，而廣義相對論則涉及運動及其與引力的聯系。量子理論和相對論都在現代物理學的許多領域都有應用。現代物理學已發展成形成了許多獨立的分支，如原子分子物理學、原子核物理學、粒子物理學、凝聚態物理學、等離子體物理學、現代光學、低溫物理學、耗散結構理論、混沌物理學等。
不同之處
經典物理學對可觀察到的問題進行研究：在速度小于光速，尺寸大于原子的前提下，對運動的研究和對宇宙的基本理解。與經典物理學相反，現代物理學對極高的速度和微小的距離進行觀察，并覆蓋核物理學和量子理論的研究。經典物理學不考慮量子效應，不涉及相對論的討論。現代物理學關注更極端的條件，與光速相當的高速（狹義相對論）、與原子半徑相當的小距離（量子力學）以及非常高的能量（相對論）
經典物理學建立在一組數學上可以嚴格把握的公理上的，這些公理既不需要證明，也不需要討論。經典物理學的真理性表現為其命題是精確的而且是帶有決定性的。然而具有嚴格決定論特征的經典物理學不能解釋物質結構的穩定性和質的特定性，不能解釋世界的初始條件，不能解釋世界的歷史。現代物理的發展動搖了經典物理學的公理（如絕對時間、絕對空間等，使人們對世界的認識變得更加深刻，現代物理學的研究方法，體現了一些新的特點。20 世紀初以來，科學技術與生產力的巨大發展，為物理實驗提供了電子顯微鏡、射電望遠鏡、高能加速器、電子計算機等大型、精密的實驗裝置，光譜分析、質譜分析、X射線衍射等技術也得到很大發展，物理學實驗在精密、高能、快速和自動化方面達到了新的水平。
研究
理論物理和實驗物理
物理學按研究方法可分為理論物理和實驗物理兩大分支。理論物理是從一系列基本原理出發，經過數學的推演得出結果，并將結果與觀測和實驗相比較，從而達到理解現象、預測未知的目的。實驗物理是以觀測和實驗為手段來發現新的物理規律，驗證理論結論，同時也為理論物理提供新的研究課題。因此，物理實驗是研究自然規律的最基本的手段，是物理理論的源泉。
研究方法
物理學的研究方法主要有：建立理想模型也叫抽象方法，它是根據問題的內容和性質，抓住主要因索，撇開次要的、局部的和偶然的因素，建立一個與實際情況差距不大的理想模型進行研究。例如，“質素點”和“剛體”都是物體的理想模型。把物體看作“質點”時，“質量”和“點”是主要因素，物體的“形狀”和“大小”是可以忽略不計的次要因素；把物體看作“剛體”時，物體的“形狀”“大小”和“質量分布”是主要因素，物體的“形變”是可以忽略不計的次要因素。科學實驗的方法，科學實驗和觀察是科學研究的基本方法，科學實驗是在人工控制的條件下，使現象反復重演，進行觀察研究的方法。大多數科學規律都是通過實驗觀察總結發現的。實驗是科學研究中非常重要的方法。根據假說的邏輯推理方法，為了尋找事物的規律，對于現象的本質所提出的一些說明方案或基本論點等統稱為假說。假說是在一定的觀察、實驗的基礎上提出來的。進一步的實驗論據便會證明這些假說，即取消一些或改進一些。在一定范圍內經過不斷的考驗，經證明為正確的假說最后上升為原理或定律。例如，在一定的實驗基礎上，提出的物質結構的分子原子假說以及所推論出來的結構，因為能夠解釋物質的氣、液、固各態的許多現象，最后就發展成為物質分子運動理論。又如，量子假說的建立和量子理論的演變，最后發展為量子力學理論。
研究領域
可列表說明物理學的主要領域及其子領域以及它們所采用的理論和概念
物理學科的研究領域可分為凝聚態物理；原子、分子和光學物理；粒子/高能物理；天體物理。凝聚態物理研究凝聚態物質，包括晶態、非晶態和液態物質的物理現象、物理特性和規律。凝聚態是指由大量粒子組成，并且粒子間有很強相互作用的物態。低溫下的超流態、超導態、薩特延德拉·玻色阿爾伯特·愛因斯坦凝聚態、磁介質中的鐵磁態、反鐵磁態等都是凝聚態，生活中最常見的凝聚態是固態和液態。原子分子物理研究原子尺寸或幾個原子結構范圍內的原子、分子或原子集團的結構、運動規律、周圍環境影響及相互作用，包括原子、分子的電子結構，原子、分子光譜和波譜學研究，原子和分子碰撞過程及相互作用，原子、分子與光子的相互作用等。光學物理研究光的基本特性及光與物質在微觀領域的相互作用。
粒子物理學又稱高能物理，研究組成物質和射線的最小單元（探索的物質尺寸可以到達 10-20m）及它們之間相互作用。這些最小單元，在大自然的一般條件下不存在或不單獨出現，物理學家使用粒子物理加速器在高能相撞的條件下才能產生和研究它們。天體物理是用物理學的理論、方法和技術來研究天體的形態、結構、物理性質、化學結構和演化規律，是物理學與天文學的交叉領域。研究內容包括各個層次天體的形成、活動與演化、極端條件下的天體物理、與人類生存環境密切相關的天文問題、地外文明、地外生命、天文探測技術。
應用及影響
數學
物理學是定量的科學，數學為物理學提供了定量表述和預言的能力，是物理學重要的工具，物理通過以數學形式建立的理論體系描述自然界及其變化，伽利略·伽利萊說過，“自然這本偉大的書永遠在我們眼前打開著，不過它是用數學字符寫成的”，達·芬奇也認為，“人類的任何探討，如果不是通過數學的證明進行的，就不能說是真正的科學，力學是數學的樂土，通過力學可以收獲數學的果實”。”艾薩克·牛頓的《自然哲學的數學原理》是總結了前人力學的研究成果，全書的結構完全以歐幾里德（Euclid）的《幾何原本》為樣本，而牛頓又用他的微積分，對力學規律進行表述和推演，使力學成為有簡明數學形式的統一理論體系。
物理學家阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）在成功地創立狹義相對論以后，發現很難得到令人滿意的引力理論，就開始尋求解決引力問題的新出路，但他在數學處理方面遇到了困難，他的大學同學也是朋友的格羅斯曼（Marcel Grossmann）是蘇黎世工業大學的數學教授，發現愛因斯坦遇到的數學問題已經被黎曼（Bernhard Riemann、里奇（Ostilio Ricci）和勒維·契維塔（Tulio Levi Civita）解決了，幫助他將伯恩哈德·黎曼張量運算引入物理學，把平直空間的張量運算推廣到彎曲的黎曼空間，成功地建立了廣義相對論。數學和物理的發展又是相互促進的，經常是一個領域里的新發現導致另一個領域的進步。17世紀初期，法國數學家皮耶·德·費瑪（Pierre de Fermat，1601-1665）創造出繪制曲線的切線的一種粗略的方法；艾薩克·牛頓知道后很受啟發，就開始研究怎樣確定運動質點的速度，這樣，就又導致牛頓發明了微積分的牛頓版本。物理學中涉及的很多數學概念，比如微商、積分和向量等，都是從物理問題中自然地產生出來的；然后，這些數學概念又幫助人們去了解自然。”
哲學
物理學和哲學在研究對象上具有共同的交集——物質世界，使得物理學和哲學的關系復雜且緊密。古代時期，無論是在中國還是在西方，科學和哲學都是一體的，到文藝復興以后，自然科學才開始與哲學分離而成為獨立的學科，物理學也逐漸成為自然學科中的一個重要分支。物理學的重大成就直接推動著哲學的發展，另一方面，哲學給物理學家們提供思維工具和準則，物理學上的重大突破往往來自思想的突破。16—18 世紀建立起來的以牛頓力學、機械運動為基礎的經典物理學勾畫了一幅世界的機械圖景——世界萬物都是由原子組成的，原子按牛頓力學規律在無限的絕對時間和絕對空間中作機械運動，于是產生一個合乎邏輯的結論，即整個自然只不過是一架巨大而精準的機器。對應在哲學上，就形成了具有機械性、形而上學性和不徹底性的近代的機械唯物主義。機械唯物主義的局限性在很大程度上就來自當時的物理學上牛頓力學的局限性，強調把整體分解成部分來進行分析，甚至作為孤立的部分進行分析，而忽視了部分之間的相互聯系及對合成整體的影響，于是產生了形而上學；認為時間、空間是絕對的，而不是相對的，最后走向客觀唯心主義，即不徹底的唯物主義。
機械唯物主義無法指導物理學和其他自然科學繼續前進。于是從 19世紀末開始，一批物理學家自覺或不自覺地突破機械唯物主義在思想上的限制，著手探索新的物理學理論。他們先是打破絕對時間、絕對空間的概念，在相對時間、相對空間的基礎上，提出了狹義相對論；而后在物質粒子性和波動性辯證統一的基礎上創立了近代量子理論，表明微觀粒子遵循和宏觀物體不同的物理學定律，有不同的運動方式。狹義相對論和近代量子理論都打破了機械論的藩籬。再后來他們通過研究時間、空間、質量、慣性、引力等看似相互孤立的基本物理量間的關系，創立了廣義相對論，將看似沒有聯系的基本物理量有機地統一在一起，表明時間、空間、質量、慣性、引力等都源于物質，統一于物質，由此解釋了時間和空間的真正來源，徹底否定了絕對時間、絕對空間的存在，否定了客觀唯心主義，驗證了辯證唯物主義的觀點。現代粒子理論指出，物質世界是由基本粒子構成的，為物質世界的統一性提供了微觀支撐。因此，從一定角度看，與近現代物理學相對應的哲學思想應當是辯證唯物主義。
化學
物理學的原子理論在很大程度上是由化學實驗證實的。無機化學研究一系列關于物質與物質結合以及如何結合的組成規律，而這些規律在原則上都可被量子力學解釋，理論化學最艱深的部分也是量子力學。任何化學都有大量的原子參與其中，這些原子都以一種非常隨機且復雜的方式在抖動；要準確預測在給定的化學反應中會發生什么是非常困難的，如果我們能夠分析每一次碰撞，并能夠詳細跟蹤每個分子的運動，就有可能預測將會發生什么，但是跟蹤所有這些分子所需的大量數字遠遠超過了任何計算機的能力，于是，一種另辟蹊徑的，應用于力學定律成立情況下的統計學方法——統計力學出現了，統計力學研究熱現象的科學，又稱熱力學。化學的另一個分支是有機化學（即與生物有關的物質的化學）。與生物有關的物質和無機化學中的物質是一樣的，只是原子的排列要復雜得多，物理化學和量子力學方法和解釋不僅可以應用于無機化合物，也可以應用于有機化合物。
宇宙學
天文學通過展示恒星和行星運動的美麗的簡單性而開啟了物理學，對這一點的理解是物理學的開端。天文學中最引人注目的發現是，恒星是由與地球上相同種類的原子構成的。原子釋放出具有確定頻率的光，就像樂器的音色一樣，具有確定的音高或聲音頻率。通過分光鏡可以分析光波的頻率，由此可以的到不同恒星中原子的頻率從而確定恒星元素組成。如：在太陽上發現的氦，在某些寒冷的恒星中發現的。用統計力學可以分析恒星的行為，利用基本的物理定律，往往可以準確地、或非常接近地預測星體將要發生的事情。氫的核“燃燒”提供了太陽的能量；氫轉化為氦，各種化學元素在恒星的中心從氫開始制造，通過觀察各元素同位素的比例，可以發現推測最初的星體構成。
生物學
生命是復雜分子系統內發生的物理過程和化學過程的一種特殊表現。以光合作用為例，綠色植物利用太陽光能來制造所需要的物質，這是生命現象。但是深入研究發現，葉綠體中的葉綠素是接受光能的，能量的吸收還必須有轉移和轉換過程，才能把二氧化碳轉變為糖類，同時釋放出氧。所以在光合作用中，這種把能量從最初的吸收部位向其它部位轉移的過程就是簡單的物理過程，而能量從一種形式轉換成另一種形式就發生了化學變化。
如果仔細地觀察活體動物的生物過程，會看到許多物理現象：血液循環、泵、壓力等。在對神經的研究中，生物學家得出結論：神經是非常精細的管道，有著非常薄且復雜管壁；生物分子團通過這層壁泵送離子，使得正離子在外面，陰離子在里面，就像電容器一樣，當某處的正（負）離子穿過管壁到達里（外）面，該處的電壓就會降低，這種電影響會對附近的離子產生影響，使其也能在鄰近的點上通過管壁，以此往復實現信號傳輸。在細胞中，有非常大的分子，它們以某種復雜的方式控制小分子，使生物反應容易發生，這些非常大而復雜的東西叫做酶。酶本身并不直接參與反應。它們不會改變；他們只是讓原子從一個地方移動到另一個地方。所有的生物分子都是由原子組成的，理論上，生物所做的一切都可以通過原子來理解。
生物學與物理學相輔相成，邁耶（Mayer）通過對生物血液顏色與含氧量的關系探究生物體的熱量來源，第一個提出能量守恒定律并計算出熱功當量。赫爾曼·馮·亥姆霍茲（H.I. Von. Helmholtz）將能量守恒定律用于生物系統，研究了肌肉收縮時熱量的產生與神經脈沖的傳導速度，認為物質世界包括生命在內都可以歸納為運動。埃爾溫·薛定諤（Erwin Schrodinger）在《What is life》中明確地提出了生命現象中的量子躍遷、遺傳密碼和非平衡態熱力學等基本觀點，特別是他對遺傳中基因的穩定性所作的量子解釋，為后人從量子水平上闡明生命過程的分子機制作出了貢獻。
地球科學
地球科學的基本問題是：地球演變歷程和驅動力；常見的如河流的侵蝕過程，風的作用，在侵蝕發生的同時，還有其他過程在發生，平均而言，山脈并不一定比過去低，也有形成山脈的作用在發生。地震的成因也是一個理論，一個大陸板塊推動另一個大陸板塊，它會折斷，會滑動，于是發生了地震。理論認為，地球內部存在電流——由于內外溫差造成的循環電流，在其運動過程中，會輕微地推動地球表面。因此，如果有兩個相反的環流相互靠近，物質就會聚集在它們相遇的地方，形成處于不利壓力條件下的山脈帶，從而產生火山和地震。地震波穿過地球的速度和地球的分布密度有關。地球科學中，氣象學的儀器是物理儀器，實驗物理學的發展使得這些儀器得以成功制造。但物理學家還沒有構建出一個完美的氣象學理論，可以寫出描述空氣運動的方程，但無法準確預測天氣，因為到處都是旋轉和扭曲的空氣，天氣系統非常敏感，甚至不穩定。
物理學家
可補充教學方法，物理教學是指目前用于教授物理的教育方法。該職業稱為物理教育家或物理教師。物理教育研究是指尋求改進這些方法的教學研究領域。高中和大學的物理教學主要通過講座方法以及旨在驗證講座中教授的概念的實驗室練習。當講座附有演示、動手實驗和要求學生思考實驗中會發生什么以及為什么發生的問題時，這些概念會更好地理解。參與主動學習（例如通過動手實驗）的學生通過自我發現來學習。通過反復試驗，他們學會改變對物理現象的先入之見，并發現潛在的概念。物理教育是更廣泛的科學教育領域的一部分。
物理學家是專門研究物理領域的科學家，該領域物理學的研究范圍非常廣，從最小的基本粒子一直到廣闊的宇宙，從最快的 10-22秒時間尺度內發生的事件到宇宙從大爆炸開始以來物質的演變過程（已經 100 多億年），從最冷的接近絕對零度的冷原子、冷分子到上億度的熱核聚變等離子體和溫度更高的天體，全都囊括在內。對于物理學家來說，已經發展起來的數學推理方法具有巨大的力量和用處，在探索自然規律的過程中，他們會試圖將對自然的理解轉換成數學語言，并對數學推理過程的特殊情況感興趣。
該領域通常包括兩類物理學家：專門從事自然現象觀察以及實驗的開發和分析的實驗物理學家，以及專門研究物理系統數學建模以合理化、解釋和預測自然現象的理論物理學家。
實驗物理學家
實驗物理學家通過實驗來探索自然，每個實驗都是向大自然提出的疑問，期望大自然給出答案。他們計劃實驗，設計，制造，構思和組裝實驗設備進行實驗，在實驗過程中收集數據，處理數據以獲得有意義的結果，發表結果并期望其他人對結果進行驗證。被證實的結果將成為理論物理學家的素材，他們試圖把結果放在更廣泛的背景下與其他實驗結果聯系起來，并獲得對自然的理解。
理論物理學家
理論物理學家的領域是思想、概念、模型、關系、概括、抽象和統一的領域，其目標是發現自然現象和實驗結果中的模式和規律，從而可以預測新的現象和結果或對自然規律的作出解釋。理論物理學家提出的理論可以是一個尚未得到充分證實的推測性理論，也可以是一個得到充分證實的的理論。
教學方法
物理教育是科學教育的一個重要子領域，重點是學校和大學層面的物理教學，以及物理教師的培養和發展以及公眾物理教育。教學方法的研究表明，傳統講座形式的教學模式不如學生積極參與（主動學習）的教學模式有效。互動的教學會有助于對物理概念理解。互動式教學有許多不同的方法，從傳統課座形式的不同變化，到小組協作學習，再到完全消除講座（如研討會或物理工作室）。比如麻省理工學院的教學課程混合了講座、模擬和桌面實踐實驗，并且基于倫斯勒理工學院首創的工作室形式。傳統的課堂演示由老師進行講述，由學生被動事地接收，對于物理概念理解的幫助不大；學生積極參才能增強學習效果。
與哲學的區別
物理學和哲學對物質世界研究的角度不同，物理學側重研究物質世界中物質的組成和運動規律，哲學側重研究物質世界中世界的本質、發展的根本規律。而這兩個角度又是緊密關聯和互相支撐的。從研究對象上說，物理學是研究的物理規律的科學；哲學則是研究自然界、人類社會和思維的共同本質及其運動和發展的普遍規律的學說，它反映了一切具體科學的共性。從理論體系的形式來說，物理學是由實驗觀察材料（陳述性知識），實證性定律、定理、原理（程序性知識），假說、學說、理論（解釋性知識）等知識單元組成的系統；哲學則是從最抽象的概念的邏輯引申，即具體化的過程中所展開的哲學概念、哲學原理所構成的理論體系。
從目標設定上來說，科學活動的直接目標是求得真理，科學對現實的反映不是對現實的虛幻的、歪曲的反映，而是實事求是地反映客觀世界及其規律性，獲得具有客觀真理性的知識。哲學活動的目標是真、善、美統一。哲學盡管有唯物、蔣夢麟之分，有辯證法、形而上學之別，但是只要是有價值的哲學觀點，總是以某種形式、從特定方面揭示出某些真理性認識，給人以智慧和啟迪。另外，它總是反映社會中人們一定的利益和美好的愿望，總是要從理論中說明人們在實際活動中表現出來的世界觀、人生觀和價值觀。 哲學和物理的最大區別就在于物理需要做實驗，主要的結論都經過實驗驗證 。科學研究需要反復驗證，把一切可能出錯的地方都考慮到，并采取措施盡量避免。哲學的研究不需要實驗驗證，主要是觀察、概括或歸納。
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