中国古代自然科学与自然哲学经历了几个时期：春秋战国时期（公元前770～前221年）为形成时期；从秦、汉经三国、晋、南北朝到隋、唐、五代（公元前221～公元960年）是发展时期；宋、元至明初（960年～15世纪）是鼎盛时期。在漫长的2000多年中，中国古代物理学在世界上一直处于领先的地位，只是到了明、清时期，由于欧洲近代物理学的兴起，它才显得落后了，可以称之为衰落时期。从“五四”新文化运动开始，中国物理学汇合于世界物理学，呈现出不同于古代物理学的新面目。
先秦时期的伟大哲学家墨翟（约公元前468～前376年）及其墨家学派（公元前4世纪～前3世纪），在他们的论著《墨经》中记述了大量的物理知识，这是春秋战国时期物理学成就最大的学派，《墨经》自然科学的主要成就在力学与光学方面。汉代王充（27～约97年）的《论衡》是中国中古时期的百科全书。在力学方面指出外力能改变物体的运动状态，改变运动速度；而内力不能改变物体的运动。同时，《论衡》还讨论了相对运动，在声学方面研究了声的发生、传播与衰减，并用水波做比喻。在热学方面《论衡》研究了热的平衡、传导及物态变化；在光学方面阐述了光的强度、光的直线传播及球面聚焦现象；在电磁学方面记录了摩擦起电及磁指南器。在唐代，有人进行了大规模的大地测量，实际上是世界上第一次进行的子午线的实际测量。在《孙真人丹经》、《武经总要》中记述了火药的配方：硫磺、硝石和木炭。《玄真子》中记述了人造虹的简单实验：“背日喷水”。唐人还将风力分为8个等级；了解到共鸣的道理并应用于音乐中；并指出了雷与电的关系。宋代沈括（1031～1095年）的《梦溪笔谈》一书具有很高的科学价值，被称为“中国科学史上的坐标”，其主要成就是在声学、光学、磁学方面。在明清时期，朱载堉（1536～1610年）在其《乐律全书》中，用精密方法首次阐明了音乐中的十二平均律。方以智（1611～1671年）则兼取古今中外知识精华，在其《物理小识》中涉及了力学、光学、磁学、热学等，研究了比重、浓度、表面张力及杠杆原理，螺旋原理，研究了光的反射、折射、光学仪器，进行了分光实验解释虹，还研究了磁偏角随地域的变化以及金属导热问题。