Першої фундаментальної фізичної теорією, яка має високий статус і в сучасній фізиці, є класична механіка, основи якої заклав І. Ньютон.
Закони механіки, сформульовані Ньютоном, не є прямим наслідком емпіричних фактів. Вони з'явилися як результат узагальнення численних спостережень, дослідів і теоретичних досліджень Галілея, Гюйгенса, Ньютона та ін в широкому світоглядному, культурному контексті.
"Усяке тіло продовжує утримуватися в своєму стані спокою або рівномірного і прямолінійного руху, поки й оскільки воно не примушується прикладеними силами змінити цей стан" - так Ньютон сформулював закон, який зараз називається першим законом механіки Ньютона, або законом інерції.
Система відліку, в якій справедливий закон інерції: матеріальна точка, коли на неї не діють ніякі сили (або діють сили взаємно урівноважені), знаходиться в стані спокою або рівномірного прямолінійного руху - називається інерціальної. Будь-яка система відліку, що рухається по відношенню до неї поступально, рівномірно і прямолінійно, є також інерціальна.
"Зміна кількості руху пропорційно прикладеній двіжуей силі і відбувається по напрямку тієї прямої, по якій ця сила діє" - це другий закон Ньютона, який є основним законом динаміки, у формулюванні Ньютона (1687).
"Дії завжди є рівна і протилежна протидія, інакше, взаємодії двох тіл один на одного між собою рівні і спрямовані в протилежні сторони" - це третій закон механіки Ньютона.
Закони Ньютона справедливі тільки для інерційних систем. Однак жодне реальне тіло не може з ідеальною точністю виконувати функцію такої системи, оскільки в реальності завжди присутні сили, які порушують закон інерції та інші закони механіки. Мабуть, це і призвело Ньютона до поняття абсолютного простору, для якого закон інерції і всі інші закони механіки мали б абсолютну силу.
Ньютон писав: "Абсолютна простір в силу своєї природи, безвідносно до чого-небудь зовнішнього, залишається завжди однаковим і нерухомим. Відносне простір являє собою деяке рухоме вимір або міру абсолютних просторів; його ми визначаємо за допомогою своїх почуттів через взаємне розташування тіл, його вульгарно і тлумачать як нерухомий простір ... "
"Абсолютна істинне або математичний час, - писав Ньютон, - саме по собі і в силу своєї внутрішньої природи тече однаково, безвідносно до будь-чого зовнішнього й інакше зветься тривалістю; відносне, що здається або звичайний час являє собою деякого роду чуттєву, або зовнішню ( яким би воно не було точним і незрівняним), міру тривалості, визначається за допомогою руху, яке зазвичай використовується замість істинного часу; це - годинник, день, місяць, рік ... "
У Ньютона абсолютна час існує і триває рівномірно саме по собі, безвідносно до яких-небудь подій. Абсолютна час і абсолютний простір є хіба що вмістилища матеріальних тіл і процесів і не залежать не тільки від цих тіл і процесів, але і один від одного.
Сформулювавши основні закони механіки, Ньютон заклав фундамент фізичної теорії. Однак побудувати на цьому фундаменті стрункий будівлю теорії належало його послідовникам. Вирішальну роль для становлення класичної механіки мало використання диференціального й інтегрального числень, апарату математичного аналізу.
Протягом всього 18 століття створюється математичний апарат класичної механіки на базі диференціального й інтегрального числень. Розробку аналітичних методів механіки завершив Лагранж, отримав рівняння руху системи в узагальнених координатах, названі його ім'ям.
З цією діяльністю зі створення математичного апарату механіки пов'язане її становлення як першої фундаментальної наукової теорії.
Важливу роль у створенні наукової картини світу зіграв принцип відносності Галілея - принцип рівноправності усіх інерційних систем відліку в класичній механіці, який стверджує, що ніякими механічними дослідами, що вживаються в якійсь інерційній системі відліку, не можна визначити, покоїться дана система рухається рівномірно і прямолінійно . Це положення було вперше встановлено Галілеєм в 1636.
Математично принцип відносності Галілея висловлює інваріантність рівнянь механіки відносно перетворень координат рухомих точок (і часу) при переході від однієї інерціальної системи відліку до іншої - перетворень Галілея.
З ім'ям Ньютона пов'язано відкриття й такого фундаментального фізичного закону, як закон всесвітнього тяжіння.
Перші висловлювання про тяжіння як загальному властивості тіл відносяться до античності. І. Кеплер говорив, що "тягар є взаємне прагнення всіх тіл". Остаточне формулювання закону всесвітнього тяжіння була зроблена Ньютоном в 1687 в його головній праці "Математичні начала натуральної філософії".
Закон тяжіння Ньютона говорить, що дві будь-які матеріальні частинки притягуються у напрямку один до одного з силою, прямо пропорційною добутку мас і обернено пропорційною кварату відстані між ними. Коефіцієнт пропорційності називається гравітаційною сталою.
Спочатку у фізиці утвердилося уявлення про те, що взаємодія тіл має характер дальнодії - миттєвої передачі дії тіл один на одного через порожній простір, який не бере участі в передачі взаємодії.
Однак концепція дальнодії була визнана не відповідною дійсності після відкриття і дослідження електромагнітного поля, що виконує роль посередника при взаємодії електрично заряджених тіл. Виникла нова концепція взаємодії - концепція блізкодействія, яка потім була поширена і на будь-які інші взаємодії. Відповідно до цієї концепції, взаємодія між тілами здійснюється за допомогою тих чи інших полів (наприклад, тяжіння - за допомогою гравітаційного поля), які безперервно розподілені в просторі.
У науці 19 століття переносником електромагнітних взаємодій вважалася всепроникна середовище - ефір.
На уявлення про ефір як переносника електромагнітних взаємодій в минулому столітті спиралася вся електродинаміка та оптика.
Спочатку ефір розуміли як механічну середу, подібну пружному тілу. Відповідно поширення світлових хвиль уподібнювалися поширенню звуку в пружному середовищі. Гіпотеза механічного ефіру зустрілася з великими труднощами. Так, поперечне світлових хвиль вимагала від ефіру властивостей абсолютно твердого тіла, але в той же час повністю відсутнє опір ефіру руху небесних тіл. Протягом довгого часу покоління математиків і фізиків намагалися внести свій внесок у вирішення проблеми ефіру. У результаті спроб побудувати модель ефіру була, наприклад, ретельно розроблена механіка суцільних середовищ і її апарат, проте адекватну модель ефіру побудувати так і не вдалося. Невирішеним залишалося питання про участь ефіру в рух тел. Ефір наполегливо продовжував залишатися "виродком в середовищі фізичних субстанцій".
Проблема ефіру придбала фундаментальний характер, оскільки це середовище зайняла у фізиці надзвичайно важливе місце. Виявлялося, що фізика спочиває на хитких підставах. Вони і були переглянуті в процесі створення теорії відносності.
Американський фізик Майкельсон в 1881 році поставив досвід для з'ясування участі ефіру в рух тел.
Ряд явищ (аберація світла, досвід Физо) приводив до висновку, що ефір нерухомий або частково захоплюється тілами при їх русі. Відповідно до гіпотези нерухомого ефіру, можна спостерігати "ефірний вітер" при русі Землі крізь ефір, і швидкість світла по відношенню до Землі повинна залежати від напрямку світлового променя щодо напрямку її руху в ефірі. Однак цього не було виявлено - досвід Майкельсона дав негативний результат.
Досвід Майкельсона не зіграла вирішальної ролі у створенні теорії відносності. Про це говорив і сам Ейншейн. Він використовував результати досвіду Майкельсона для обгрунтування вже створеної теорії.
Результати досвіду Майкельсона, як і інших подібних дослідів, могли бути пояснені і без радикальних змін класичних уявлень про простір і час. Взагалі, результати дослідів допускають різні теоретичні інтерпретації. Глибокі світоглядні зміни у фізиці були викликані не окремими експериментальними результатами, а неудовлетворительностью положення справ в електродинаміці, оптиці, фізиці взагалі.
Всю сукупність результатів у галузі електродинаміки рухомих тіл на початку століття можна було пояснити на базі перетворень Лоренца, які були отримані в 1904 році як перетворення, по відношенню до яких рівняння класичної електродинаміки мікроскопічної зберігають свій вигляд.
Лоренц і Пуанкаре інтерпретували ці перетворення як результат стискання тел постійним тиском ефіру, тобто динамічно в рамках класичних уявлень про простір і час.
Ейнштейн інтерпретував перетворення Лоренца кінетично, тобто як характеризують властивості руху у просторі та часі, тим самим заклавши основи теорії відносності. Він зняв проблему ефіру, скасувавши його, радикально змінив класичні уявлення про простір і час.
Явища, що описуються теорією відносності, називаються релятивістськими (від латинського - відносний) і виявляються при швидкостях, близьких до швидкості світла у вакуумі (ці швидкості теж прийнято називати релятивістськими).
У відповідності з теорією відносності, існує гранична швидкість передачі будь-яких взаімодейсвій і сигналів з однієї точки простору в іншу - це швидкість світла у вакуумі. Існування граничної швидкості означає необхідність глибокого зміни звичайних просторово-часових уявлень, заснованих на повсякденному досвіді, оскільки веде до таких явищ, як уповільнення часу, релятивістське скорочення розмірів тіл, відносність одночасності.
Теорія тяжіння Ньютона передбачає миттєве поширення тяжіння, і вже тому не може бути узгоджена зі спеціальною теорією відносності, яка каже, що ніяке взаємодія не може поширюватися зі швидкістю, що перевищує швидкість світла у вакуумі.
Узагальнення теорії тяжіння на основі спеціальної теорії відносності було зроблено Ейнштейном. Нова теорія була названа їм загальною теорією відносності.
Найважливішою особливістю поля тяжіння, відомої в ньютонівської теорії і належної Ейнштейном в основу загальної теорії відносності, є те, що тяжіння абсолютно однаково діє на різні тіла, повідомляючи їм однакові прискорення незалежно від маси, хімічного складу та інших властивостей тіл. Так, на поверхні Землі всі тіла падають під впливом її поля тяжіння з однаковим прискоренням - прискоренням вільного падіння. Цей факт був встановлений досвідченим шляхом Галілеєм. Він може бути сформульований як факт рівності інертної маси (яка входить у другий закон Ньютона) і гравітаційної маси (яка входить в закон тяжіння).
У картині світу сучасної фізики фундаментальну роль відіграє принцип еквівалентності, згідно з яким поле тяжіння в невеликій області простору і часу (в якій його можна вважати однорідним і постійним у часі) за своїм прояву тотожне прискореної системі відліку.
Принцип еквівалентності випливає з рівності інертної і гравітаційної мас. Відповідно до цього принципу загальна теорія відносності трактує тяжіння як викривлення (відмінність геометрії від евклідової) чотиривимірного просторово-часового континууму. У будь-якої кінцевої області простір виявляється викривленим - неевклідових. Це означає, що в тривимірному просторі геометрія, взагалі кажучи, буде неевклідової, а час у різних точках буде текти по-різному.
Ряд висновків ОТО якісно відрізняються від висновків ньютонівської теорії гравітації. Найважливіші серед них пов'язані з виникненням чорних дір, сингулярностей простору-часу, існуванням гравітаційних хвиль (гравітаційного випромінювання).