到19世纪末，已建立了三大物理理论： （1）牛顿力学——确定粒子的运动，分析力学； （2）麦克斯韦电动力学——确定电磁场和电磁波的运动； （3）热力学和统计物理——确定热平衡态的物性。 19世纪对物性做了大量观测，得到了许多经验的规律，如：氢原子光谱线的巴耳末公式（1885年），门捷列夫化学元素周期表（1871年），比热容常数的定律。
三大经典理论在解释某些自然现象时取得了很大的成功，当时人们相信它们能解释万物运动的规律，但经过努力，仍不能解释上述的经验规律是如何由基本规律形成的。 19世纪和20世纪之交，发现了一些新现象，如光速不变（1879年迈克尔逊——莫雷）。 黑体辐射，光电效应（1887年赫兹） 放射性（1896年贝勒尔），形成了传统物理学的危机。 1900年，普朗克研究黑体辐射提出量子论。 1911年，卢瑟福提出原子的核式结构。 1913年，玻尔的原子理论。 1925年，量子力学的建立（1924年德布罗意提出波粒二象性）。
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