Pode-se traçar a história da Física a partir do momento em que a humanidade começou a ver e analisar os fenômenos naturais de modo racional, abandonando explicações místicas ou divinas. As primeiras tentativas racionais de explicação da Natureza vieram dos gregos antigos. Antes disso, fenômenos naturais e suas consequências eram explicados por deuses e deusas; Apolo, em sua carruagem, carregava a esfera brilhante, o Sol, de leste para oeste, todos os dias. A Filosofia Natural, como era conhecida a Física até tempos mais modernos, confundia-se com a Química e com certas características da Matemática e Biologia, e pode ser considerada a disciplina acadêmica mais antiga, se for considerada a sua presença dentro da Astronomia.
Após ter visto um momento de esplendor na Grécia Antiga, tendo como nome principal Aristóteles, a Física entrou em declínio na Idade Média, tendo revivido apenas durante o Renascimento, durante a Revolução Científica. Galileu Galilei é considerado o primeiro Físico em seu sentido moderno, adotando a Matemática como ferramenta principal. Galileu é um dos primeiros a descrever o real objetivo de um cientista; sua função é apenas descrever os fenômenos em vez de tentar explicá-los. Já dotado de um método científico, a Física teve uma notável evolução com Isaac Newton, que realizou a primeira grande unificação da Física ao unir Céus e Terra sob as mesmas leis da Física, a gravitação universal.
Nos séculos XVIII e XIX surgiram os fundamentos da termodinâmica e do eletromagnetismo, destacando-se Rudolf Clausius, James Prescott Joule e Michael Faraday. James Clerk Maxwell fez outra grande unificação da Física ao fundir eletricidade e magnetismo sob as mesmas descrições matemáticas, sendo que toda a Óptica pode ser derivada da teoria eletromagnética de Maxwell. No final do século XIX pensava-se que todos os fenômenos físicos poderiam ser explicados dentro das teorias correntes. Entretanto, certos "fenômenos rebeldes" fugiam do alcance dos cientistas. No início do século XX, ao tentar explicar matematicamente a radiação de corpo negro, Max Planck introduziu o conceito de quantum de energia. Em 1905, Albert Einstein apresentou, sob a forma de cinco artigos, as base da Relatividade e da Mecânica Quântica. Tais "fenômenos rebeldes" finalmente foram explicados, mas a ontologia determinista estrita e pontual, característica da mecânica newtoniana, foi abalada seriamente, que foi agravada após a publicação do Princípio da Incerteza de Werner Heisenberg e do princípio da complementaridade de Niels Bohr.
Desde então, a Física preocupa-se em explicar, sob o ponto de vista da Física Moderna, a natureza das quatro forças fundamentais da Natureza. O Modelo Padrão, apresentado na década de 70, descreve três das quatro forças. Trabalhos dentro do Grande Colisor de Hádrons (LHC), no CERN, e no Fermilab, procuram confirmar a existência do bóson de Higgs, a única partícula prevista pelo Modelo Padrão ainda não descoberta. Entretanto, a gravidade ainda carece de uma explicação teórico-experimental enraizada pela Física Moderna e é ainda um grande problema em aberto da Física.
Antiguidade miniaturadaimagem|Primeira página da edição de 1837 do livro Physica, de Aristóteles. As pessoas desde a Antiguidade sempre prestaram atenção nas regularidades da Natureza; o Sol nasce todo dia; um ciclo lunar é completado em aproximadamente 28 dias, praticamente o mesmo período de um ciclo menstrual; as estrelas ocupam a mesma posição no céu em um determinado momento a cada ano, um objeto sempre cai quando não é apoiado; as quatro estações do ano sempre estão ordenadas e se repetem anualmente.
Esta ordenação da Natureza precisava de explicações satisfatórias. Inicialmente, os povos antigos atribuíam tais fatos à mitologia e à metafísica; deuses e deusas que controlavam o mundo. Na Grécia Antiga, Gaia era a deusa Terra e Zeus controlava o poder dos relâmpagos. Apolo, com a sua carruagem flamejante do Sol, cruzava os céus uma vez por dia.
Basicamente, "Física" é uma tentativa de se obter explicações racionais sobre o mundo real, em contraste com explicações metafísicas, mitológicas, religiosas ou mágicas. Tomando Física com base nesta definição, os povos antigos começaram a construí-la em diferentes partes do mundo em diferentes épocas, com propósitos e ênfases diferentes. O povo maia, no século I a.C, já havia desenvolvido um calendário; conheciam a duração de um ano com uma precisão de seis segundos. Também conheciam com bastante precisão os movimentos do Sol e dos planetas e desenvolveram a noção de zero antes dos europeus. Os indianos também haviam desenvolvido a noção de zero, que foi transmitido ao mundo árabe. Também refletiam sobre questões físicas desde o III milênio antes de Cristo. Entre o IX e o VI século a.C. os filósofos indianos já defendiam o heliocentrismo e o atomismo. Na Grécia Antiga, Tales de Mileto foi historicamente o primeiro filósofo ocidental a recusar explicações sobrenaturais, religiosas ou mitológicas para os fenômenos naturais, defendendo que todo evento tem uma causa natural. No século IV a.C., os chineses já haviam enunciado o que é conhecido hoje como a Primeira Lei de Newton.
Grécia Antiga
thumb|upright=1.0|Aristóteles, considerado um dos maiores filósofos naturais da Grécia AntigaBusto por Lísipo, Museu Nacional Romano As primeiras tentativas do Ocidente em prover explicações racionais para os funcionamentos da Natureza vieram com os gregos, por volta do século VII a.C.. Pitágoras e seus seguidores, no século VI a.C., acreditavam que todo o sistema numérico era dividido em elementos finitos, uma ideia precursora do atomismo. Os gregos Leucipo, Demócrito e Epicuro, nos séculos V a III a.C., impulsionaram a ideia de que a matéria era dividida em "átomos" extremamente pequenos, com diferentes materiais sendo formados de diferentes átomos e suas combinações. Aristarco de Samos, no século III a.C., foi um dos primeiros gregos a propor o heliocentrismo, embora o paradigma dominante fosse geocentrista. Aristarco também tentou calcular o tamanho relativo da Terra, da Lua e do Sol.
Entretanto, os gregos não estavam preocupados com a experimentação. Todas as explicações racionais do mundo eram derivados de um pequeno número de princípios filosóficos; boas argumentações e um pouco de lógica se sobrepunham à comprovações empíricas, deixada para "artesãos".
Aristóteles é descrito com frequência como sendo o grego que proveu as explicações mais compreensivas dentro destes princípios filosóficos. Ele acreditava na existência de quatro elementos básicos, a terra, a água, o ar e o fogo. Cada um tinha o seu lugar natural no Universo, determinado pelo seu peso. A terra é pesada e tenderia a permanecer no centro do Universo, a água tenderia a permanecer acima da terra e o ar, por sua vez, tenderia a permanecer na superfície terrestre. O fogo tenderia a escapar do centro do Universo. Haveria ainda um quinto elemento, perfeito, que não teria peso. As estrelas seriam formadas por esse quinto elemento, o éter.
Em seu livro, Física, Aristóteles descreveu o movimento de um corpo. Um corpo manteria seu estado de movimento apenas se estivesse em contato com o seu "movedor". Caso contrário, a tendência de um corpo seria parar. Aristóteles explicou que o movimento de uma flecha após ser lançada seria causada pela "impulsão do ar", uma tendência natural do ar fechar o "vácuo" formado pela flecha em seu rastro, já que, segundo Aristóteles, a "Natureza abomina qualquer forma de vácuo". No caso dos objetos constituídos por éter, para Aristóteles, bastaria apenas um "lançamento inicial" para pôr tais objetos em movimento, e esse movimento seria perpétuo, pois objetos formados por éter não teriam peso e, portanto, não teriam a necessidade de um "movedor".
Os gregos fizeram muitos esforços para prover explicações racionais sobre os movimentos dos planetas, do Sol, da Lua e das estrelas. Eudoxo de Cnido, no século IV a.C., foi aparentemente o primeiro grego a prover observações quantitativas sobre o movimento dos astros usando descrições matemáticas. Ele desenvolveu um sistema de esferas, notando a periodicidade dos movimentos dos astros. As esferas eram centradas na Terra, mas seus eixos de rotação eram centradas em esferas exteriores. Assim, Eudoxo elaborou um sistema de esferas concêntricas, e cada esfera estava ligada a um planeta. Isto encaixava na crença dos gregos de que o círculo é o objeto geométrico mais perfeito. Apolônio de Perga aperfeiçoou o sistema de esferas no século III a.C.; cada planeta estava fixada a uma pequena esfera, que por sua vez estava fixada em uma esfera maior, que completava uma volta a cada dia. Estas pequenas esferas ficaram conhecidas como epiciclos e explicavam o movimento retrógrado aparente dos planetas no céu para um observador da Terra.
O sistema esférico dos astros foi se complexificando com o aumento da precisão matemática. Hiparco, no século II a.C., utilizou registros gregos e babilônicos para prover dados mais precisos, e Ptolomeu, no mesmo século, já havia construído um sistema de esferas contendo mais de 80 elementos para explicar toda a periodicidade dos astros no céu, todos descritos em seu livro Almagesto. Eratóstenes deduziu que a Terra era uma esfera e calculou apuradamente sua circunferência usando sombras de bastões fincados verticalmente para comparar os ângulos, ou seja, o tamanho da sombra projetada no chão pelo bastão vertical, entre dois pontos bastante separados na superfície da Terra. Arquimedes é considerado o fundador da hidrostática, da estática e formulou as leis da alavanca. Formulou os princípios do empuxo em fluidos, conhecidos como Princípios de Arquimedes. Arquimedes também inventou o parafuso de Arquimedes, uma máquina constituída de um parafuso e de um tubo, capaz de bombear água para níveis mais elevados.
Idade Média e filosofia natural islâmica
thumb|upright=1.0|Estudos de Roger Bacon sobre ópticaFinal do século XIV Com a queda do Império Romano no século V, a maior parte da literatura grega se perdeu assim que a Europa entrou num período conhecido como a Idade Média, onde a obtenção do conhecimento e da própria educação era árduo de se obter devido às catástrofes que havia ocorrido no declínio do Império Romano.
Entretanto, o conhecimento grego não foi totalmente perdido. Todo esse conhecimento, que havia migrado para o Oriente Médio e Egito, foi traduzido para o árabe pelas pessoas que viviam nestas regiões. Os árabes não somente mantiveram o conhecimento grego vivo, como o enriqueceram. As leis da refração já haviam sido enunciadas pelos persas. Os árabes também traduziram trabalhos indianos e começaram a usar numerais e a álgebra. A noção de zero foi levada para a Europa pelos árabes. Albatani calculou a precessão dos equinócios com maior precisão do que o grego Ptolomeu. Mohammed al-Fazari desenvolveu o astrolábio, enquanto que Alcuarismi emprestou seu nome para que conhecemos atualmente como algarismo.
No século XII, com a reconquista dos territórios árabes na Europa, teve início a tradução da literatura árabe e grega para o latim, e a Europa Medieval redescobriu, assim, o conhecimento grego juntamente com novos conhecimentos árabes. A intelectualidade na Europa durante a "Idade das Trevas" manteve-se preocupada com a cópia manuscrita de livros sagrados. Em outras palavras, a educação estava em torno da Igreja Católica. Com o passar dos séculos e com a "avalanche" de conhecimentos redescobertos, escolas começaram a se formar adjacentes às igrejas e catedrais. Tais escolas evoluíram para as primeiras universidades medievais por volta do . As universidades inglesas de Cambridge e de Oxford surgiram nesta época. Com o advento de universidades associadas à Igreja, outras universidades foram fundadas por governos de cidades e Estados. O trabalho realizado dentro destas universidades medievais contribuiu muito para a evolução do conhecimento científico que se seguiria séculos depois.