一般地說,按照所研究物件的運動形態將物理學分為許多門類。研究物體的機械運動與其相互作用為主的,稱為力學。因為它以 Newton 三大運動定律和萬有引力定律為基礎,故又稱為經典力學或 Newton 力學。其中,以流體(液體和氣體的總稱)為主要對象的,稱為流體力學;若僅以材料及其某些物理特性(如彎曲、斷裂和彈性等)為主,就稱為彈性力學;或者僅僅研究機械運動中的振動形態及其在空間中的傳播現象,它既屬於力學範疇,又是聲學的基礎。但在當代科學中,聲學已發展成一門獨立的學科。以研究熱現象為主的稱為熱學。若考慮一般熱系統而不追究微觀成分的運動細節,則稱為熱力學;深入研究熱現象本質、研究大量分子組成的宏觀物體的熱性質和行為的統計規律,就形成了統計力學。後者不涉及某個分子在某時刻的狀態,而是以統計系統的方法研究大量分子的平均行為或概率。
量子力學是研究微觀世界的基礎理論。微觀世界的基本特性是波粒二象性,描述這種物理狀態一般使用複函數,其動力學量由算符表示,在這裡所能得到的是統計規律。量子力學的最大特點是物理量值的不連續性和內稟(intrinsic)不確定性。這與經典力學取連續變化的實數值和因果聯繫的物理量是根本不同的。相對論力學是研究接近光速運動的高速物體的現象。它包括狹義相對論(special theory of relativity)和廣義相對論(general theory of relativity)。
狹義相對論提出了一種新的時空觀。在相對性原理(the principle of relativity)和光速不變原理兩個基本假設下,得到時空是密切相關的結論。也就是說,它獲得了經典力學無法理解的諸如空間收縮、時間膨脹,同時性的相對性、質能關係,以及光速是一切粒子的速度上限等結論。廣義相對論把描述運動的參照系從慣性系推廣到加速系統中,以等效原理為基礎,將引力現象幾何化並把它納入時−空結構中。簡言之,將引力現象看作是時−空彎曲的表現,從而導出了一些重要結論。
經典物理與近代物理之間並不存在一條不可逾越的鴻溝。相對論力學所以比 Newton 力學深入,是因為它不僅能解釋 Newton 力學所能解釋的現象,而且能解釋 Newton 力學所不能解釋的許多新發現和新現象;它作出了在 Newton 力學看來是根本不可能的一些科學預言,並且得到天文觀察或實驗的證實。另一方面,僅在低速運動的物理世界中,經典力學仍然是極好的描述物理現象的科學;當物體的速度遠小於光速時,狹義相對論力學定律趨近於經典力學定律。在引力較強大、空−時彎曲結構較大的情況下,經典力學失去效用,而廣義相對論發揮威力;相反,在引力不強、空−時彎曲極小的情況下,廣義相對論的預言就與 Newton 運動定律和萬有引力定律的預言趨於一致。
普朗克並未履約到伯爾尼拜訪愛因斯坦,只派比他更先獲得諾貝爾獎(1914 年)的助手勞鴻(Max von Laue)於 1906 年夏天去拜訪本以為應在伯爾尼大學任教的愛因斯坦。勞鴻與愛因斯坦兩人相談甚歡,不但成為終生好友,前者在此後四年內還寫了八篇相對論論文,包括嚴格地證明了 E=mc2。愛因斯坦謂勞鴻 1911 年所寫的第一本相對論教科書「是一個小傑作,其中的一些內容是他的知識產權」,並從中學習到了一些他後來創建廣義相對論所需的張量(tensor)數學。
瓦特斯頓發展的氣體動力學
瓦特斯頓(John Waterston,1811-1883)是蘇格蘭物理學家,在印度工作期間發展了氣體動力學理論,謂氣體分子與容器表面的碰撞導致我們感受到氣體壓力,正確地推導出理想氣體定律。他於 1845 年投稿到英國皇家學會,但審稿人認為那論文「不過是胡說八道」而被拒絕出版;現在的物理學家都認為馬克斯威(James Maxwell)為氣體動力學(kinetic theory of gases)的創始者。