工业革命的直接结果使19世纪出现了一些亘古未有的新现象：
1.人口的大量增加。1750~1850年这100年间，欧洲人口从1.4亿增加到2.66亿；世界人口则从7.28亿增加到10亿，英国的马尔萨斯在《人口论》中第一次提出人口的增加对人类财富的意义，他对人类的未来持悲观的态度。
2.劳动条件极其恶劣。从大卫·李嘉图到卡尔·马克思都对劳动人民的悲惨处境寄予深切的同情，并认为在资本主义制度下，要彻底改变劳动人民的工作和生活条件是不可能的。
3.财富本性的变化。越来越多的财富以股份的形式出现。
在此之前，财富总是某种具体的东西，比如土地和金钱。这种新的财富形式导致人们对金融和投机发生兴趣。财富本性的变化，使大量的财富集中到了少数人手中，这就使经济控制政治与文化成为可能。
4.城市化迅速发展。在西欧，城市像雨后春笋一样大量增加。在此之前，城市被看成是人类文明的中心。而这时的城市却令人震惊和悲伤，肮脏、饥饿、犯罪和道德沦丧，到处可见。河流污染，空气混浊，到处充斥着找活干的人和无家可归的流浪人。
农村社会的有机形态与城市社会的个人主义之间的对立，成为社会学中最显眼的问题。
5.大量使用新技术。由于机械化（先工业，后农业），出现了人与自然、上帝与人决裂的可能性。托玛斯·卡莱尔和卡尔·马克思都认为，技术导致人的异化和非人化，使少数人能统治绝大多数人。马克思号召，只有推翻这个不人道的社会制度，建立人道的社会主义制度，才能从根本上解决这个问题。托克威尔宣称，技术比暴君更能贬低人性。在19世纪，开始出现了反对现代科学技术的思想与社会运动，浪漫主义的各个流派，以及回归自然的呼声与工业技术的飞速发展成为不和谐的乐章。
6.社会出现了工厂制度。因为城市化和技术的广泛应用，乡村的人大量流入城市，到工厂里去做工。工厂主获得大量廉价劳动力，但工厂主对工人依然进行非人的剥削和虐待，阶级对立和阶级矛盾尖锐化了。
7.民主运动兴起。广大劳动人民和社会中下层人们争取人权和选举权的运动开始了，人人要求参政。民主成为社会的中心问题了。
以上这些问题是19世纪最主要的问题，它们不仅属于社会科学要研究的课题，而且也是哲学与文学的主要问题。黑格尔、柯罗律治、爱默森、巴尔扎克、雨果、狄更斯的作品都从不同方面生动地描述了这个时代人与社会、人与自然以及人与人之间的错综复杂的关系。
在19世纪科学与技术的全面高涨中，物理学的成就具有格外重大意义和解放性效果。一方面，是物理学在实践中产生的效果使人们越来越感觉到科学在社会生活中的重要价值；另一方面是物理学在理论上的重大成就把人们对自然的认识水平提高到一个新高度，这种认识不仅揭示了自然界的统一性，而且开始动摇牛顿力学的基础，为19世纪末和20世纪初的物理学革命作了准备。
伴随着物理学的发展，数学也在大踏步前进。分析数学不仅作为一种运算方法在天文学和物理学中显出巨大作用，而且其自身也已有了严格的基础。概率论由于统计力学的出现而有了新发展。非欧几何和群论也因数学本身的理论研究而呱呱坠地了。数学上的成就不仅适应了19世纪的科学技术特别是物理学的发展，而且也为20世纪的新发现提供了必要的数学工具。
1873年，麦克斯韦出版了《电磁论》。彼德·C·泰特(Peter Cutrie Tait)把麦克斯韦说成是“几乎可以与牛顿并肩的人”。泰特准确地强调了《电磁论》的基本特色：它证明了“放射与电现象之间的联系”，麦克斯韦的成就完全推翻了超距观念。
在这本书中讲的电磁场理论提出了这样的思想：电力与磁力是以场的能动作用作为中介，存在于带电体或带磁体的连续空间中的场是由以太体现出来的。开始，《电磁论》没有什么反响，那时麦克斯韦的名气主要建立在他对分子物理学和气体的贡献之上，但是在他1879年去世之后几年内，他的电磁场理论就促成了麦克斯韦物理学效应。特别是H·赫兹的贡献和1888年电磁波的发现，麦氏的场理论和光是电磁现象的思想普遍为人们所接受。特别是被19世纪90年代的亨里克·安敦·洛伦兹（后来被看成是一切物理学最基本的理论家之一）接受了。麦克斯韦方程被放在了与牛顿的运动法则同样的地位上，这主要是因为电能新技术的发展——电话和无线电（传送广播）使然的。
麦克斯韦的场理论和分子物理学在19世纪经典物理学中的成就是卓越的、杰出的，它开创了科学史上的一个新纪元。在物理学史上，他的特别地位可以与牛顿和爱因斯坦相提并论。在20世纪发生的物理学理论结构革命中，更加强了他的这个地位。他对基础物理学的贡献——物理学的场论、光的电磁理论，以及用统计描述气体分子运动的理论，使他成了相对论和量子论的先驱者。
1905年，爱因斯坦在他那篇《论光》的著名论文中指出了场理论的伟大创见场，空间函数详细说明了空间的电磁状态和分子理论；场，物体的状态是由位置和其粒子有限的运动速度来说明的。1931年在纪念麦克斯韦诞辰100周年的庆祝中，爱因斯坦提出了一个可以恰当地被称之为“麦氏纲领”：用场来描述物理实在，用偏微分方程来解释场，经典的场理论应当作为量子法则的出发点，没它，就没有量子论。正是麦克斯韦的这些思想，启发了爱因斯坦的灵感。
历史很自然地强调了麦克斯韦对基础物理学的公认的、特别的贡献，把物理学的实在结构表达为场与粒子的双重性，表述为电磁学和统计物理学。当代的广义相对论和量子论在麦克斯韦的著作中有其历史之根。麦克斯韦物理学的优势是场和粒子，我们对他的理论的历史分析，就限制在物理学的这两个领域：电磁学和气体动力学理论。
1856年，麦克斯韦深刻地指出自然不能比喻成一本书，应当把自然看成一个井然有序的整体。应当把自然恰当地比喻成一本杂志，因为杂志的内容不是浑然一体的，它隐含了不连续的内容和理论的差异。
“作为一本书，其页码是严格按序排列的。但自然不是书，而是一本杂志，所以不能设想在读一本杂志时，这一部分可以解释另一部分。”
麦克斯韦的电磁场理论和他的统计物理学，体现了物理学中的这种分裂与不连贯性。根据电磁学和气体动力了学所体现出的思想，我们可以分析麦克斯韦科学世界观结构的基础。为了提供一个历史分析的框架，我们就要研究他的的慨念形成的条件及过程，作为场和粒子的二元论，与他那个时代所理解的物理学的范围相比较，麦克斯韦在科学中开辟了一个时代。在1800一1850年间，物理学发展成为当代的形式，对数学、光学、热、电和磁的研究，都运用了数学的和实验的方法。
在1850年前后，当麦克斯韦开始他的学术生涯时，热力学还在襁褓之中，在19世纪50年代，能量守恒定律作为运动中物质粒子力学世界观的基本原则，慢慢成了解释物理现象的基本根据。这是在麦克斯韦成就的影响下造成的。1854年威廉·汤姆逊（凯尔文勋爵）引导麦克斯韦进入了物理学之门。他说，对能的原则的表述是“自牛顿时代以来物理学所经历的最伟大的变革”。在19世纪50年代，物理学根据能统一概念以及力学解释的大纲来定义其内容。寻求数学的法则，精确的度量，在实验中达到十分准确，被看成是物理学的规范要求。
麦克斯韦把物理学理论弄成了以他的名字命名的形式，他把自己的工作建立在其他先驱者的工作之上，建立在赫尔曼·亥尔姆霍兹和汤姆逊的能的物理学，法拉第和汤姆逊的场论，汤姆逊和鲁道夫·克劳修斯的热力学以及克劳修斯的气体理论之上。麦克斯韦的贡献是把光学和电磁学统一在电磁理论中，用统计力学理解气体的性质和热力学的基础——这都建立在对那个时代物理学根本不同问题之间的统一和类比之上。他本人强调了科学的“交叉和相互作用的价值”。他犹如一个正在花丛中采摘花蜜的蜜蜂，十分重视创造性地理解和把握不同现象之间的物理学类比的价值。对这些类比与统一，最主要的是理解数学语言和物理实在结构之间、数学抽象和物理实验材料之间的关系。
机械论的或动力学的世界观，在19世纪的物理学界是解释物理现象的根本原则，正是它们形成了早期麦克斯韦的理论向导。后来这种力学解释的态度对麦克斯韦来说是复杂的，矛盾的，在物理学的和数学的力学体系模型之间存在一种紧张的关系，这是他对力学表述和物理实在之间相互关系的反思。正是这形成了他解释的原则。在气体分子理论中他引进了统计学的推理，讨论了力学体系的不稳定性和不可预见性，这使他已经预见到只用力学的原则来解释物理实在是不行的，所以他本人对物理学的力学原则的运用是复杂的和多样化的。
1854年2月，他写信给汤姆逊（这时他刚刚从剑桥大学毕业），宣布他的目的是要“攻克电科学”。他在《电磁论》的前言中，讲了他之所以要这么做，是因为受到法拉第《关于对电的实验研究》（1839~1855）的影响。法拉第根据越过空间的力线来解释磁，用电介质力的中介解释静电学。在汤姆逊的引导下，麦克斯韦对法拉第磁场概念的理解更为重要与深刻，远远超出了自己的老师汤姆逊。在《论法拉第力线》（1856）的论文中，他提出了空间中力线的几何模型，用不可压缩流体的无旋流体来类比法拉第力线系统地形成了电磁定理，表达了磁力与电流之间的关系。
麦克斯韦还找到了一个以以太作中介的力学的场论。他发现汤姆逊建议中的这个基础——法拉第的磁一光旋转可以用以太涡旋来说明。于是麦克斯韦提出一种磁场线中定向分子旋涡的观念，最后出版了他的论文《论物理学的力线》。他关于涡旋的物理模型、空转轮粒子、以太模型，在19世纪的物理学中都是极其著名的理论。正是这些为他的场方程准备了电磁在量上的与力学的相关物。涡旋的角速度与磁场的强度相对应，空转轮粒子之流变成电之流。不过他又强调，当这种理论是一种力学上的构想时，模型本身几乎算不上自然中真实存在的联系的模型。
1861年夏，在把以太的模型修改为包含静电学时，他得到了一个没有意料到的结果——引进了位移电流作为涡旋弹性变形的电磁关联物，这种弹性允许横切变波的传播，他在一个电磁媒质中建立了波传播速度的高度一致性，并测量了光的速度，这使他宣布了电磁与光的统一：光存在于“相同媒质的振动之中，这种媒质正是电磁现象的原因”。他用分子旋涡旋转，从量上解释光磁效应，从而完成了这个理论。
但是，他并不同意这个求助于力学的模型。他想把自己的理论建立在一个坚实的理论基础上，并能用实验来证实。1862年他参加了不列颠协会电度量标准委员会。1863年的5、6月，和弗莱明·詹金、巴尔弗·斯图尔特一起，对绝对单位（时间、空间、质量）作了精确的测量。1863年，作为委员会报告的组成部分，麦克斯韦与詹金写了一篇论文介绍量纲的记法，因为每种电量都有两个绝对单位（静电的与电磁的），而这些单位的比率是一个与速度的量纲联系在一起的常量。这个比率就是电磁媒体中波的速度。1868年，他借助平衡，两种相反的带电磁盘的电磁相互排斥，即两个带电线圈之间的斥力的实验，提出了一个新的这种比率的值，来支持他的理论。
1865年，他在《动力学的电磁场理论》中又得到了他这种理论更加系统和更为一般的表述。以太的模型被放弃了，但保留了他的理论的力学基础，他的做法是把8套一般的电磁场方程建立在拉格朗日抽象动力学的形式主义之上，在把它的理论从他的模型中分离出来时，他改变了对位移电流解释，这就导致了连贯性的丧失。这个问题在《电磁论》中得到了解决，在这里，他把位移电流解释成是来自场的电荷的出现。
在《电磁论》中，他强调了与力学模型直接表达无关的物理量的表达，扩大了自己早期论文中物理几何和力学的基础，重新提出了四种基本的数学观念：四元数（矢量的概念）积分定理（斯托克斯定理），拓朴的概念，以及拉格朗日一弥尔顿的分析动力学的方法。在这里，他提出了电磁场的一般方程、光的电磁理论和他的场论的动力学基础。这本书以批判那个时代传统的超距作用结束。他主张，这些理论不能满意地解释能的传播，因为这里必须存在一种媒质或物质，能就在它中存在。用以太做中介，电磁场的中心地位，就是他理论的基石。
麦克斯韦关于气体理论的根子源于剑桥。1855年3月，剑桥大学的亚当斯奖（1857）是专为研究土星光环运动设的奖项，他获得这个奖。他把这篇论文进行了修改并出版。他的结论是，光环系统由同心的卫星环构成。在把光环看成是一个微粒子系统时，他算不出这些粒子的轨道，这使他开始研究气体粒子更为复杂的运动，正是在这里，他引进了概率的观点。