概述
物理学（physics）是研究物质、能量的本质与性质的自然科学。由于物质与能量是所有科学研究的必须涉及的基本要素，所以物理学是自然科学中最基础的学科之一。物理学是一种实验科学，物理学者从观测与分析大自然的各种基于物质与能量的现象来找出其中的模式。这些模式称为“物理理论”，经得起实验检验的常用物理理论称为物理定律，直到有一天被证明是有错误为止(具可否证性)。物理学是由这些定律精致地建构而成。物理学是自然科学中最基础的学科之一。化学、生物学、考古学等等科学学术领域的理论都是建构于这些物理定律。
（从左上角起，顺时针方向）1.折射光；2.一束激光；3.热气球；4.陀螺；5.非弹性碰撞；6.氢的原子轨道；7原子弹爆炸；8.闪电；9.星系
物理学是最古老的学术之一。物理学、化学、生物学等等原本都归属于自然哲学的范畴，直到十七世纪至十九世纪期间，才渐渐地从自然哲学中分别成长为独立的学术领域。:193-194物理学与其它很多跨领域研究有相当的交集，如量子化学、生物物理学等等。物理学的疆界并不是固定不变的，物理学里的创始突破时常可以用来解释这些跨领域研究的基础机制，有时还会开启崭新的跨领域研究。
通过创建新理论与发展新科技，物理学对于人类文明有极为显著的贡献。例如，由于电磁学的快速发展，电灯、电动机、家用电器等新产品纷纷涌现，人类社会的生活水平也得到大幅提升。由于核子物理学日趋成熟，核能发电已不再是蓝图构想，但其所引致的安全问题也使人们意识到地球环境、生态与人类的娇弱渺小。
历史及发展古希腊物理学
从古代以来，人们就尝试着了解大自然的奥妙：为什么物体会往地面掉落，为什么不同的物质会具有不同的性质？如此等等。从观测与分析大自然的现象，早期人们找到其中的样式，并针对这些样式提出了各种理论，试图解释大自然的奥妙，然而他们所提出的大多数理论都不正确。
1824年，在伦敦发行的《机械杂志》内的一副刻画。阿基米德说：“给我一个支点，我就可以撬起整个地球。”
以现代判据来看，早期的物理理论更像是一些哲学理论：现代的理论都需要经过严格的实验检验，而那些早期的理论并没有经过严格证实。像托勒密和亚里士多德提出的理论中，有些就与日常所能观察到的事实相悖。
尽管如此，仍有许多古学者贡献出相当正确的理论。古希腊哲学家泰勒斯（前624年－前546年）曾经远渡地中海，在美索不达米亚埃及学习天文学与几何，还加以推广延伸，发扬光大。他预测出公元前585年发生的日蚀，还能够估算船只离岸边的距离，又从金字塔的阴影计算出其高度。泰勒斯拒绝倚赖玄异或超自然因素来解释自然现象，他主张，任何事件的发生都有其不变与普适的因果关系。公元前5世纪古希腊哲学家留基伯与学生德谟克利特率先提出原子论，认为所有物质皆是由不会毁坏、不可分割的原子所构成。古希腊的思想家阿基米德在作用力方面推导出许多正确的定量结论，如对于杠杆原理的解释。
中世纪伊斯兰世界的物理学
从公元850年至950年间，大量希腊学术被翻译成阿拉伯文。穆斯林科学家从希腊人继承了亚里士多德物理学。在伊斯兰黄金时代，他们将这些学术发扬光大，特别强调观测的动作，发展出一种早期形式的科学方法。
海什木是光学的拓荒者
伊本·沙尔、肯迪、海什木、伊本·西那等等科学家在光学与视觉领域给出创新理论。海什木在著名著作《光学书》（Kitab al-Manazir）里，坚定地驳斥了古希腊的视觉理论——发射说，并且给出新理论。倚赖盖伦关于眼睛内部解剖结构的信息，他说明了光线如何进入眼睛，如何被聚焦与投射至眼睛的后部，他认为眼睛就如同“暗室”，光线进入一个小洞后，在暗室形成颠倒影像。很明显地，在这里，他所指的是针孔相机或暗箱。他还描述怎样用暗室来观测日蚀。
海什木的成就在阿拉伯世界并没有得到应有的重视。十二世纪，他的著作被翻译成拉丁文，书名为《透视》（Perspectiva）。直至十七世纪，这著作在欧洲是光学的标准参考书，强烈影响了后来约翰内斯·开普勒、威特罗、罗杰·培根等等科学家的研究。
经典物理学
经典物理学指的是不涉及到量子力学或相对论的物理学，例如，牛顿力学、热力学、麦克斯韦电磁学等等。
艾萨克·牛顿（1643年－1727年）
经典物理学的盛期开始于十六世纪的第一次科学革命，终止于十九世纪末。尼古拉·哥白尼打响了科学革命的第一枪，他于1543年提出了描述太阳系统的日心说，这理论推翻了托勒密的地心说。在1609年与1619年期间，约翰内斯·开普勒发表了主导行星运动的定律，他用数学方程准确估算出从天文观测获得的行星绕着太阳的公转数据，从而给予日心说强而有力的理论支持。伽利略·伽利莱做实验研究物体运动，发现落体定律，并且展示出实验方法对于科学研究的重要性。他倚赖使用实验或观测所获得的证据，而不是倚靠纯粹推理，来证实任何假说的正确性。他强调使用数学来描述物理现象，大自然的语言是数学，假若不懂数学，则无法明白大自然。1687年，艾萨克·牛顿提出的牛顿运动定律和万有引力定律为经典物理学奠定了稳固的基础，他和戈特弗里德·莱布尼茨创建了微积分，给出一种新的高功能数学方法来研析物理问题。他为第一次科学革命画上了完美的终止符。物理学展现出两个独门特征：使用实验证据来检视物理定律、采用数学语言来表述物理定律。物理学逐渐发展进步，成为一门独立学科。
现代物理学
二十世纪初期，物理学者发现经典物理学存在着极严重的瑕疵：迈克耳孙-莫雷实验的零结果不符合经典物理学的预测，黑体辐射谱不符合热力学的预测，经典电磁学无法解释光电效应与原子光谱，放射性物质的物理性质貌似与经典物理学的决定论背道而驰。这些瑕疵给学术界带来了一场前所未有的考验，彻底地动摇了旧理论体系的基石，导致了二十世纪物理学两大理论体系相对论和量子力学的出现，进而开始了现代物理学的纪元。相对论和量子力学对于这些难题给出合理解答。不仅如此，物理学者应用相对论和量子力学于像原子、分子等等的微观系统，以及各种凝聚态宏观系统，从而更为深切地揭示大自然的工作机制，并且促进物质文明蓬勃发展。
于1927年召开的第五次索尔维会议，全世界当时最卓越的物理学者齐聚一堂、脑力激荡，商讨量子理论核心理论
虽然物理学的研究范围十分广泛，物理学者时常会使用到某些物理学的核心理论。这些理论皆已通过很多不同实验的多次检验，并且对于自然现象的预测被认为足够准确，例如，经典力学的理论能够准确地描述物体的运动，但必须满足两个前提，一是物体尺寸超大于原子、二是物体运动速度超小于光速。:2当今，这些核心理论仍旧是很热门的研究领域。例如，二十世纪后半期，即在牛顿（1642年–1727年）表述经典力学整整三个世纪之后，学者发现与创建了混沌理论，其揭示了力学系统的决定论可预测性是一个错误的观念。
这些核心理论大致包括于经典力学、量子力学、热力学、统计力学、电磁学、狭义相对论等等基础物理学领域，是进阶研究专门论题的重要工具。
应用与影响
物理学是一门基础科学，不是应用科学。物理学也被认为是基础科学中的基础科学，因为其它自然科学的分支，像化学、天文学、地球物理学、生物学的理论都必须遵守物理定律。例如，化学研究物质的性质、结构、化学反应（化学专注于原子尺寸，这是化学与物理的主要界线）。结构的形成是因为粒子与粒子之间彼此相互作用。能量守恒、动量守恒、电荷守恒等，这些物理定律主导了物质性质和化学反应，以往化学家只能使用各种模糊的概念建立的理论也都因量子物理的发展而得到了解释。
人脑纵切面的核磁共振成像
应用物理学指的是针对实际用途而进行的物理研究。应用物理学的课程规划通常会选修一些应用学科的课程，像地质学或电机工程学。应用物理学与工程学不同，应用物理学不会特别地设计某种元件或机器，而是用物理理论或从事物理研究来发展某种新科技或解析某问题。
工程学应用到很多物理理论。例如，在学习建造桥梁与其它建筑物的技术之前，必须先学会静力学的理论。设计世界一流的音乐厅，必须先学会声学。设计与制造更优良的光学元件必须先精思熟读光学。经过考虑种种物理因素而设计出来的飞行模拟器、电子游戏、电影等等，会显得更加维妙维肖、栩栩如生。
化学研究物质的性质、组成、结构、以及变化规律。化学研究的对象涉及物质之间的相互关系，或物质和能量之间的关联。传统的化学常常都是关于两种物质接触、变化，即化学反应，又或者是一种物质变成另一种物质的过程。
计算机模拟显示出航天飞机重回大气层时的受热状况
这些变化有时会需要使用电磁波，当中电磁波负责激发化学作用。不过有时化学都不一定要关于物质之间的反应。光谱学研究物质与光之间的关系，而这些关系并不涉及化学反应。准确的说，化学的研究范围是包括分子、电子、离子、原子、原子团在内的核-电子体系。随着量子物理的发展，化学也吸收了量子物理的理论建立了更完备的理论基础。
物理学使用的一些探本溯源、格物致知的方法也可用于跨学科领域。物理学或多或少地影响了很多重要学术领域，例如，经济物理学应用大量物理学里的理论与方法来解析经济学问题，这些问题时常会涉及不确定性或混沌。
