Od starożytności ludzie próbowali zrozumieć zachowanie się materii oraz jej pochodzenie: dlaczego niepodparte ciała spadają na ziemię, dlaczego różne materiały mają różne własności, itd. Rozumową analizę tego rodzaju problemów zapoczątkował Tales głosząc przekonanie jakoby każda materia zbudowana była z kombinacji kilku spośród czterech żywiołów (ziemi, powietrza, ognia i wody) (zasadniczo uważa się, że Tales znajdował pramaterią, od której wywodzi się wszystko, wodę). Była to pierwsza teoria głosząca, że wyjaśnienia skomplikowanej różnorodności świata należy szukać we względnej prostocie jego składników i interakcji między nimi. Rozumowanie to zrobiło ogromną karierę, zaś wespół z rozwojem wiedzy matematycznej i muzycznej (harmonia dźwięków, pitagorejczycy) stało się paradygmatem rozwojowym nauki i filozofii. Zagadką była również natura wszechświata: kształt Ziemi, zachowanie się ciał niebieskich takich jak Słońce czy Księżyc, ruch na nieboskłonie gwiazd stałych i planet. Proponowano wiele teorii. Wiele z nich było sformułowanych w terminach filozoficznych i nigdy nie sprawdzonych przez testy doświadczalne. Były jednak wyjątki: np. w III wieku p.n.e. Archimedes podał wiele poprawnych ilościowych opisów z zakresu mechaniki i hydrostatyki.Początek ścisłym naukom przyrodniczym dała wykładana na uczelniach magia naturalna (magia naturalis). Z wysokiego poziomu wykładów w tej dziedzinie słynęła w XVI w. Akademia Krakowska. Zwolennikiem magii naturalnej był Giordano Bruno oraz Giambattista della Porta. Fizykę stosowaną, czyli wówczas – mechanikę, od magii naturalnej oddzielił Francis Bacon, zwolennik eksperymentu Pod koniec XVI w. Galileusz zapoczątkował użycie eksperymentu jako środka potwierdzającego teorię fizyczną, co stało się kluczową ideą metody naukowej. Sformułował i z powodzeniem potwierdził doświadczeniem wiele wyników z dziedziny dynamiki, m.in. zasadę bezwładności, prawo spadania ciał i zasadę względności. W 1687Newton opublikował Philosophiae naturalis principia mathematica omawiające dwie obszerne teorie fizyczne: prawa ruchu, które zapoczątkowały powstanie mechaniki klasycznej, oraz prawo grawitacji. Obie teorie potwierdzał eksperyment. Mechanika klasyczna została znacząco rozwinięta przez Lagrange'a, Hamiltona i innych, którzy formułowali ją na wiele odmiennych sposobów, podali nowe zasady i wyniki. Prawo grawitacji zainicjowało powstanie astrofizyki opisującej zjawiska astronomiczne przy użyciu nowo powstałych teorii fizycznych.