经典力学、相对论与量子力学这三者共同构成了现代物理学的基石。
经典力学以牛顿运动定律为基础，主要研究宏观世界与低速状态下的物体运动。16世纪时的意大利天文学家与物理学家伽利略·伽利雷就已采用科学实验的方法研究力学，17、18世纪的英国物理学家与数学家艾萨克·牛顿则是最早使用数学语言描述力学定律。经典力学最著名的贡献有德国天文学家约翰内斯·开普勒的行星运动三大定律、牛顿的力学三大定律与万有引力定律，还有能量守恒定律、动量守恒定律与角动量守恒定律等。经典力学有两个基本假定：其一是假定时间与空间是绝对的；其二是一切可观测的物理量在原则上可以无限精确地加以测定。20世纪以来，由于物理学的发展，在微观（量子尺度）、高速（接近光速）等领域，经典力学的局限性就暴露出来了。
相对论众所周知是由阿尔伯特·爱因斯坦独立创立的，包括狭义相对论（1905年）与广义相对论（1915年）。相对论也是主要研究宏观世界但是在高速状态下的物体运动。相对论最主要的贡献是时间与空间相对性理论（狭义相对论）与引力场理论（广义相对论），最著名的公式是狭义相对论中的质能方程 E = mc2（E为能量，M为质量，C2为光速平方）。凡是接近光速的物体运动都需要狭义相对论来解释，而广义相对论则非常适合描述极大质量的物体运动。
量子力学与相对论是现代物理学的两大基本支柱。与经典力学与相对论不同的是，形成于20世纪初的量子力学主要研究微观世界中的物体运动。量子的概念，最初来自德国物理学家马克斯·普朗克提出的能量量子化的假设：辐射的能量不是连续的，而是一份一份的，即量子化的，其最小单位就是能量量子。现在量子这个概念不再限于能量子了，而是包括了参与基本相互作用的任何实体的不可分割的最小物理量，涵盖了作为光的量子的光子、作为带电量子的电子以及其他基本粒子。如果说相对论以时间与空间的相对性否定了经典力学的两个假设中的第一个，那么量子力学则通过不确定性原理纠正了经典力学的第二个假设。
