那时，物理学知识是包括在统一的自然哲学之中的。在这个时期，首先得到较大发展的是与生产实践密切相关的力学，如静力学中的简单机械、杠杆原理、浮力定律等。在《墨经》中，有力的概念（“力，形之所以奋也”）的记述；光学方面，积累了关于光的直进、折射、反射、小孔成像、凹凸面镜等的知识。《墨经》上关于光学知识的记载就有八条。在古希腊欧几里得的（公元前450—前380年）著作中也有光的直线传播和反射定律的论述，并且对光的折射现象也作了一定的研究。电磁学方面，发现了摩擦起电、磁石吸铁等现象，并在此基础上发明了指南针。声学方面，由于音乐的发展和乐器的创造，积累了不少乐律、共鸣方面的知识。
在这个时期，观察和思辨虽然是人们认识自然的主要手段和方法，但也出现了一些类似于用实验来研究物理现象的方法。例如，我国宋代沈括在《梦溪笔谈》中的声共振实验和利用天然磁石进行人工磁化的实验，以及赵友钦在《革象新书》中的大型光学实验等都是典型的事例。
总之，从远古直到中世纪（欧洲通常把5世纪到15世纪叫做中世纪）末，由于生产的发展，虽然积累了不少物理知识，也为实验科学的产生准备了一些条件并做了一些实验，但是这些都还称不上系统的自然科学研究。在这个时期，物理学尚处在萌芽阶段。
经典物理学的发展
15世纪末叶，资本主义生产关系的产生，促进了生产和技术的大发展；席卷西欧的文艺复兴运动，解放了人们的思想，激发起人们的探索精神。近代自然科学就在这种物质的和思想的历史条件下诞生了。系统的观察实验和严密的数学演绎相结合的研究方法被引进物理学中，导致了17世纪主要在天文学和力学领域中的“科学革命”。牛顿力学体系的建立，标志着近代物理学的诞生。整个18世纪，物理学处在消化、积累、准备的渐进阶段。新的科学思想、方法和理论，得到了传播、完善和扩展。牛顿力学完成了解析化工作，建立了分析力学；光学、热学和静电学也完成了奠基性工作，成为物理学的几门基础学科。人们以力学的模型去认识各种物理现象，使机械论的自然观成为18世纪物理学的统治思想。到了19世纪，物理学获得了迅速和重要的发展，各个自然领域之间的联系和转化被普遍发现，新数学方法被广泛引进物理学，相继建立了波动光学、热力学和分子运动论、经典电磁场理论等完整的、解析式的理论体系，使经典物理学臻于完善。
现代物理学的概况
19世纪末叶物理学上一系列重大发现，使经典物理学理论体系本身遇到了不可克服的危机，从而引起了现代物理学革命。由于生产技术的发展，精密、大型仪器的创制以及物理学思想的变革，这一时期的物理学理论呈现出高速发展的状况。研究对象由低速到高速，由宏观到微观，深人到广袤的宇宙深处和物质结构的内部，对宏观世界的结构、运动规律和微观物质的运动规律的认识，产生了重大的变革。相对论的量子力学的建立，克服了经典物理学的危机，完成了从经典物理学到现代物理学的转变，使物理学的理论基础发生了质的飞跃，改变了人们的物理世界图景。
1927年以后，量子场论、原子核物理学、粒子物理学、天体物理学和现代宇宙学，得到了迅速的发展。物理学向其他学科领域的推进，产生了一系列物理学的新部门和边缘学科，并为现代科学技术提供了新思路和新方法。现代物理学的发展，引起了人们对物质、运动、空间、时间、因果乃至生命现象的认识的重大变化，对物理学理论的性质的认识也发生了重大变化。现在越来越多的事实表明，物理学在揭开微观和宏观深处的奥秘方面，正酝酿着新的重大突破。现代物理学的理论成果应用于实践，出现了像原子能、半导体、计算机、激光、宇航等许多新技术科学。这些新兴技术正有力地推动着新的科学技术革命，促进生产的发展。而随着生产和新技术的发展，又反过来有力地促进物理学的发展。
根据物理学的发展总结，物理学的分支有经典力学及理论力学。理论力学研究的是物体机械运动的基本规律。电磁学及电动力学研究的是电磁现象，物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律。热力学与统计物理学研究的是物质热运动的统计规律及其宏观表现。相对论和时空物理研究物体的高速运动效应，相关的动力学规律以及关于时空相对性的规律。量子力学研究的是微观物质运动现象以及基本运动规律。此外，还有粒子物理学、原子核物理学、原子分子物理学、固体物理学、凝聚态物理学、激光物理学、等离子体物理等。
物理学是人们对无生命自然界中物质的转变的知识做出规律性的总结。其次，物理又是一种智能。诚如诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩所言：“与其说是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发现，倒不如说是因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想方法基础。”物理学之所以被人们公认为一门重要的科学，不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示，还因为它在发展、成长的过程中，形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系。正因为如此，使得物理学当之无愧地成了人类智能的结晶，文明的瑰宝。有人统计过，自20世纪中叶以来，在诺贝尔化学奖、生物及医学奖，甚至经济学奖的获奖者中，有一半以上的人具有物理学的背景；这意味着他们从物理学中汲取了智能，转而在非物理领域里获得了成功。反过来，却从未发现有非物理专业出身的科学家问鼎诺贝尔物理学奖的事例。这就是物理智能的力量。难怪国外有专家十分尖锐地指出：没有物理修养的民族是愚蠢的民族！
地球学
地球科学定义
地球科学是以地球系统（包括大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和日地空间）的过程与变化及其相互作用为研究对象的基础学科。主要包括地理学（含土壤学与遥感）、地质学、地球物理学、地球化学、大气科学、海洋科学和空间物理学以及新的交叉学科（地球系统科学、地球信息科学）等分支学科。
地球科学是一个大题目，纵横几万里，上下数亿年，几乎辐射到自然科学的其他各个领域。对地球的认识同世界各民族的起源、历史、文化乃至这个世界文明的进展，都是紧密联系在一起的。
地球科学分类
地质学
地质学是对地球的起源、历史和结构进行研究的学科。主要研究地球的物质组成、内部构造、外部特征、各圈层间的相互作用和演变历史。在现阶段，由于观察、研究条件的限制，主要以岩石圈为研究对象，并涉及水圈、大气圈、生物圈和岩石圈下更深的部位，以及某些地外物质。
地球物理学
地球物理学是通过定量的物理方法研究地球的学科，特别是通过地震反应、折射、重力、地磁、电、电磁和放射能的方法。
大气科学
大气科学研究大气的结构、组成、物理现象、化学反应、运动规律，是地球科学的一个分支。研究对象主要是地球以及海洋学是研究海洋的自然现象、性质及其变化规律，以及开发利用海洋的知识体系，是地球科学的组成部分。海洋学与物理学、化学、生物学、地质学以及大气科学、水文科学等密切相关。
水文学
水文学属于地球科学，研究的是关于地球表面、土壤中、岩石下和大气中水的发生、循环、含量、分布、物理化学特性、影响以及与所有生物之间太阳系其他行星的大气圈。海洋学的关系的科学。
气象学
气象学是把大气当做研究的客体，从定性和定量两方面来说明大气特征的学科，集中研究大气的天气情况和变化规律，以及对天气的预报。气象学是大气科学的一个分支。
自然地理学
自然地理学是地理学两大分支之一，注重于研究自然环境的形式和活动。而相反的，对建成环境的研究则归属于人文地理学。在自然地理研究中，地球常按照不同的环境被分为几个圈层，如大气圈、生物圈、岩石圈、水圈等。对自然地理学的研究常常使用跨学科的研究方法以及系统思维。
地形学
地貌学，又称地形学，是一门研究地球表面起伏形态、分布规律、物质结构、发展历史和开发利用的科学，是自然地理学的一个分支学科，也是地质学和地理学之间的一门边缘交叉学科。从语源来看，地貌学的英文Geomorphology源自希腊语，由Geo（地球）、Morphe（外表形态）和Logos（论述）三词组成，即关于地球外表面貌的论述。
土壤学
土壤学是研究土壤及其生成的学科，是土壤科学的分支。它对研究植物的生长、繁殖以至分布都起着重要影响。从农业角度来看，土壤是指陆地上能够让植物生长的疏松表层。
矿物学
矿物学是运用物理学、化学方法等不同领域来研究矿物的物理、化学性质、晶体结构、自然分布和状态的一门科学。
古生物学
古生物学是研究古地质时代中的生物及其发展的科学。对古代生物的形态、分类、生活方式、生存条件和地质史分布等进行研究。
沉积学
沉积学是研究形成沉积地层的沉积作用、沉积过程及沉积物的地质学分支学科。沉积学是从沉积岩岩石学中的沉积作用部分发展、演化而来的，并形成了更广泛的研究内容和应用范围。它解释沉积地层的垂向和横向的关系，从多方面探讨沉积地层中构成地质记录的特征，作出成因分析，并使之上升为理论。
大地测量学
大地测量学，根据德国大地测量学家F.R.Helmert的经典定义，它是一门量测和描绘地球表面的学科，也包括确定地球重力场和海底地形。
环境科学
环境科学是一门研究环境的物理、化学、生物三个部分的学科。它提供了综合、定量和跨学科的方法来研究环境系统。由于大多数环境问题涉及人类活动，因此经济、法律和社会科学知识往往也可用于环境科学研究。
地球化学
地球化学是一门属于地学和化学相互融合的边缘学科，主要研究化学元素和其同位素在地球（广义可包括部分天体）演化历史中的分布、分配、迁移等规律的科学。
地球科学研究的意义
对于地球科学的研究者而言，地球作为人类共同的家园，在人类科技还未能真正找到新的适合人类居住的行星之前，所做的一切研究都是在监控和改造这唯一的生命之地，或者避免由于人类自身的原因断送这个宝贵的星球。如今随着经济和人口的双向增长，地球本身无私供给的资源是否足够人类的发展成为地球科学研究者至关重要的课题，有人提出疑问随着人口不断增长，多种资源日见匮乏，会不会坐吃山空？人类社会经济的发展是不是正在走向终结？
悲观者认为：1972年发表的研究报告《增长的极限》列举了人口、工业化的资金、粮食、不可再生资源和环境污染等五个方面的问题。结论是在一定的技术经济和自然条件下，社会经济的发展和资源的开发都是有极限的。由于这个报告是根据大量实际材料作出的论证，因而引起了强烈的反响，被学术界权威人士评价为是“一个里程碑”。
乐观者认为：1981年发表的研究成果《资源》一书提出，可供人类利用的资源是没有穷尽的，资源的相对劳动成本及价格均在不断降低，人类的生态环境必将好转，恶化只是工业化过程中的暂时现象，粮食在未来将不成问题，人口在未来将自然地达到平衡。西蒙（C.L.Simon）为乐观论的著名代表。
但无论观点如何，人类的历史本身就是由于可利用资源的稀缺而为此不断抗争开拓新资源的历史，在我们的科技未达到新的高度前，目前地球可提供的资源仍是稀缺的。如今人类已经站在了发展的十字路口。1972年6月，联合国首次在瑞典的斯德哥尔摩召开人类环境会议，会议的宣言指出，现已达到历史上这样一个时刻：为这一代和将来的世世代代保护和改善人类环境，已成为人类的一个紧迫目标。20年后的1992年，各国首脑又在巴西的里约热内卢集会，会议再次提出，保护环境是实现社会可持续发展的重要条件，而人类正处在关键的位置。如何维持人类的可持续发展成为地球科学研究者们日益紧迫的课题。
天文学
天文学的产生和发展
当您抬头仰望天空时，您知道那些闪闪发光的东西是什么吗？一些是行星，但多数为恒星，还有一些是巨大的星系，每个星系中都有成百上千亿颗恒星。天文学就是研究宇宙中的行星、恒星以及星系的科学。天文学家的任务就是解释我们在夜空中所看到的各种天体，他们还致力于了解其他一些东西，例如，恒星的年龄以及它们与地球之间的距离等。如今天文学主要通过观测天体发射到地球的辐射，发现并测量它们的位置，探索它们的运动规律，研究它们的物理性质、化学组成、内部结构、能量来源及其演化规律。
天文学是一门古老的科学，自有人类文明史以来，天文学就有重要的地位。古代的天文学家通过观测太阳、月球和其他一些天体及天象，确定了时间、方向和历法。这也是天体测量学的开端。如果从人类观测天体，记录天象算起，天文学的历史至少已经有五六千年了。天文学在人类早期的文明史中，占有非常重要的地位。埃及的金字塔、欧洲的巨石阵都是很著名的史前天文遗址。