伽利略首先进行了逻辑推理，从推理中发现物体下落的快慢和它的重量无关。伽利略设想，如果亚里士多德的观点是正确的，轻重不同的两个物体下落时，重的物体下落快，轻的物体下落慢。可是，如果将它们绑在一起同时下落会出现什么情形呢？按照亚里士多德的观点，绑在一起后的物体会比原来重的物体更重，所以它们就比重的物体下落得快。可如果从另一个方面分析，重的物体要带动轻的物体运动，它们应该比重的物体下降得慢一些。这两个结论很显然是矛盾的。由此伽利略得出结论：物体下落的快慢与重量无关，所有物体下落的快慢都是相同的。
伽利略又继续研究物体下落的距离和所用时间的关系。可是又遇到了难题，因为在那个时代是没有钟的。为了计算时间，伽利略在一个大的盛水桶底部钻一个小孔，并安上龙头，在龙头下面放上接水容器。打开龙头，水就会流入接水容器，称量容器中所接水的质量就可以确定经历的时间。
物体下落时，运动的速度很快，经历的时间也极短。用这种粗糙的装置测量精确的时间显然是办不到的。伽利略仔细观察小球在斜面上的运动，发现斜面越陡，小球运动得越快。于是伽利略把小球的下落运动看成是小球斜面运动的一种特殊情况。因此伽利略就开始用斜面做实验来研究物体下落的规律。
当斜面的倾斜度很小时，他就能比较准确地计算时间了。伽利略反复进行斜面实验，测量出小球在斜面上运动的距离和所用时间，通过推导距离、时间、速率和加速度之间的关系，得出了小球沿斜面滚下或自由下落的运动都是匀加速运动的结论，又进一步发现了物体下落运动的规律——自由落体定律，即物体从静止状态开始下落，物体运动的距离同下落时间的平方成正比。
大气压
公元17世纪，欧洲的一些矿井里已经使用活塞式抽水机抽出矿井里的积水。按照亚里士多德“自然界厌恶真空”的原理，当抽水机活塞提上来时，水就跟上来赶走活塞下面的真空，抽水时水被提上来的高度应是无限的。但在实践中人们却发现，在超过10米深的井里，抽水机无论如何也不能将水抽上来。人们向著名科学家伽利略请教，伽利略认真思考后说真空是有阻力的，抽水机中水柱的高度正好是这个阻力的量度，但这个结论仅仅停留在猜想的层次。当时，伽利略已经双目失明，无法亲自验证，只好把工作交给他的学生托里拆利来完成。
伽利略去世不久，托里拆利就开始研究抽水机为什么不能从超过10米深的井里把水抽上来的问题。他相信老师的猜想是正确的。1643年，托里拆利和伽利略的另一个学生维维安尼做了一个实验。他们给长122厘米、一端封闭的玻璃管里充满水银，用手堵住管口将其倒转过来放入水银槽中，松开手后管中水银下降了一段，当水银柱静止时测量它的高度是76厘米。他们把玻璃管向不同方向倾斜，但无论怎样水银柱的高度始终保持76厘米。这时候托里拆利给水银槽上部注满水，然后把玻璃管徐徐提起。当管口一离开水银的时候，管内水银就全部流了出来，然后水进入管内充满了整个管子。托里拆利由此断定，玻璃管中水银柱上端的那段空隙是真正的真空，否则水就不会充满整个管子。
经过进一步分析，托里拆利得出结论：空气压迫水银槽液面是产生这一现象的根源，由于玻璃管上端形成了真空。所以空气的压力就把水银压入玻璃管中，水银柱产生的压力正好等于空气的压力，这个压力就是大气压。通过这些实验，托里拆利不但获得了真空，而且发现了大气压。为了纪念他所作出的这一贡献，后人把托里拆利实验中，水银柱以上的真空空间叫“托里拆利真空”。
大气压的发现不仅促进了流体静力学的研究，而且促使人们研究空气的弹性，发现了气体的实验定律，推动了物理学理论向前发展。
帕斯卡定律
帕斯卡在对托里拆利大气压实验的研究过程中，受其启示产生了新发现。他注意到气体、液体同属流体，于是他从流体的角度看待托里拆利实验，开始研究液体的压强。
为此，他专门制作了一个适用于测量液体压强的压强计。这个压强计有一根橡皮管，一端接压强计，另一端接扎有橡皮膜的金属盒，把金属盒放入液体中便可以测量液体内部的压强。各种实验证明水越深，压强就越大。更让他惊喜地发现是：在同一深度，水向各个方向的压强相等。帕斯卡又把水换成多种不同液体反复实验，得到的结论完全相同。在实验事实的基础上帕斯卡进一步发现：液体内部的压强由液体的重力产生。压强的大小仅仅由液体的性质和深度决定，与液体重量和体积无关。由此推论：重量和体积较小的液体也能够产生较大的压强。但许多人都对此结论表示怀疑。
因而，在1648年帕斯卡进行了一次公开实验。他将一个木桶装满水用盖子封住，在桶盖上面竖一根细长的管子并把它插入桶中，然后让人站在高处给细管灌水。结果只用了几杯水，木桶就被压裂了。在场的人大为震惊，此后再也没有人怀疑帕斯卡的理论了。
之后，帕斯卡又开始了对液体中的压强传递方式的新探索，他在一个充满水的容器上竖直安装两根粗细不同的圆筒，筒里装上活塞。两个活塞放相同重量的物体时，帕斯卡发现小活塞向下运动，大活塞向上运动。要使活塞静止不动，就必须给大活塞上多放一些物体。帕斯卡反复实验，并且把实验数据作了详细的记录。
帕斯卡在对实验数据进行大量的数学运算后终于发现：当活塞静止时两个活塞上的重量与面积的比值是相等的，这个比值正好等于液体对容器任何一部分单位面积上施加的压力。
1653年，帕斯卡在《论液体平衡》的论文中明确指出：加在密闭容器上的压强，能够大小不变地被液体向各个方向传递。这就是著名的帕斯卡定律。可惜这一重大发现并没有得到及时的运用，这篇论文直到帕斯卡死后才被发表出来，这不得不说是科学界和人类社会的一个遗憾和损失。
光色散
1665年英国正在闹瘟疫，为了减少感染，剑桥大学暂时放假了。牛顿回到了自己的家乡。他虽然也去田里干活，但更多的精力还是用于科学研究。他在上大学的时候，就非常喜欢做物理实验，接触到许多的光学仪器。当时的光学仪器存在许多的缺陷，这些问题却被牛顿牢牢记在了心里。那个时代的光学仪器非常原始，无非是一些平面镜，凹、凸透镜及三棱镜等元件，因而牛顿在家里就能够方便地开展自己的工作。
一天，牛顿拿出一块玻璃三棱镜准备做实验，一束阳光射了进来。细心的牛顿发现地面上呈现出红、黄、青、紫等各种颜色的光，而且排成了鲜艳彩带。牛顿以前曾多次使用过三棱镜，都没有发现这个现象。
牛顿开始对这一现象进行认真的研究。他用支架把三棱镜安放好，接着拿出两张硬纸板。在一张纸板上刻出一条缝放在棱镜前面，将另一张放在棱镜后面作光屏。当一束阳光穿过窄缝射到棱镜上时，在进入棱镜的一面发生一次折射，从棱镜的另一面射出时又发生一次折射。经过两次折射后，光线的方向变了，在后面的屏上形成一条由红、橙、黄、绿、蓝、青、紫七种颜色排开的彩色光带。难道白色的阳光是由这七种颜色的光组成的吗？牛顿开始查找资料，很快便发现了对这一现象的解释：白色的光通过三棱镜后之所以变成依次排列的各色光，并不是白光有复杂成分，而是白光与棱镜相互作用的结果。
牛顿开始考虑这个问题的真实性。如果白光通过棱镜后变成七种颜色的光是由于白光与棱镜的相互作用，那么这些颜色的光经过第二个棱镜时必然会再次改变颜色。
他根据自己的想法继续做实验。牛顿先在棱镜后面竖放一张开有小孔的屏，这样转动前面的棱镜，就可以使不同颜色的光单独地穿过小孔。在屏的后面再放一块三棱镜，就能观察到这些单色光通过第二块棱镜后颜色是否会改变。但实验的结果表明，这些单色光经过第二块棱镜后没有再分解，颜色也没有变化，看来别人的解释并不正确。紧接着牛顿又想，既然一块棱镜能把白光分解成七种颜色的光，那么用另一块棱镜就可能使这些彩色的光复原为白光。于是他又在第一块棱镜后倒放了一块顶角较大的棱镜，果然实验成功了，七种颜色的光带又变成白光。
这些成功的实验使牛顿认识到白色的阳光的确具有复杂的成分，它由七种不同颜色的光组成。三棱镜之所以能把它们分开，是因为各种单色光相对于棱镜有不同的折射率。后来这些实验被称为著名的“光的色散实验”。
惯性定律
历史上三位科学家都对惯性定律的发现作出了不可磨灭的贡献。第一位是古希腊最伟大的思想家、哲学家和科学家亚里士多德。他主张从经验出发研究事物，十分重视通过观察总结事物的规律。对于物体运动规律，他从马拉车车就运动，马停止拉车车就不再动的现象出发，总结出物体运动必须有一个力来维持的理论。他的理论在16世纪之前一直占统治地位，直到16世纪末期，意大利物理学家伽利略对此学说发起了挑战。
伽利略的高明之处在于把观察、实验、理性思维和数学结合在一起探讨物理问题，寻找物理学运动规律。为了寻找物体运动的规律，伽利略设计了一个斜面实验。
伽利略将两个光滑斜面相连，然后让球从一个斜面上以一定的高度滚下。他发现，无论如何改变另一斜面的坡度，小球都会不管实际路程的长短，而沿着斜面上升到与下落等高的地方。在此基础上，天才的伽利略对此作出了天才的设想：若第二个斜面是无限延伸而绝无摩擦的水平面，则小球将会永远向前运动。他进一步推理得出结论：物体运动并不需要力来维持。最终，他把这个发现概括为“只要除去使物体加速和减速的外部原因，运动物体必将严格地保持它一旦获得的速度”。
尽管历史上已有许多人对惯性运动作了种种描述或设想，但像伽利略这样经过严格的推理而得出明确的结论还是第一次。伽利略这一发现在惯性定律的建立上取得了突破性的进展，但是，伽利略所指的水平面实际上是以地球为中心的球面，而不是空间的一条直线。这个认识还是不完全的，最终的惯性定律是由牛顿完成和精确的。
1687年，英国伟大的数学家和物理学家伊萨克·牛顿在总结前人工作的基础上，写了名为《自然哲学的数学原理》的光辉著作，建立了经典力学体系。作为经典力学的坚实基础，惯性定律在100年后被继承和完善了，他提出了著名的三大运动定律，促进了近代科学研究的发展。
牛顿三大定律中的第一定律就是惯性定律。牛顿指出物体的质量越大，惯性也越大，质量是物体惯性大小的量度。定律内容表述为：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。
万有引力
在科学史上，牛顿对万有引力定律的发现可以说功绩卓越。其他科学家如胡克、哈雷也在这方面作出了非常重要的贡献，但与牛顿相比，他们的观点和研究方法总是存在某些缺陷，最终与跨时代的利学发现失之交臂。
牛顿于1687年发表了《自然哲学的数学原理》。他所发现的万有引力定律，也在这部著作中得到了系统而深刻的论证。为物理理论中已经确立的定律、新假说、实验观测等，提供了一个极好的范例。
关于万有引力的发现还有一个有趣的传说：一次，牛顿正在花园里小坐。这时，一个苹果从树上掉了下来……虽然这件曾发生过无数次的事再平常不过，但却引起了这位巨人的沉思：究竟什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引呢？牛顿思索着，终于，他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。
在《自然哲学的数学原理》中，牛顿提出了一个思想实验，设想有一个小星球很靠近地球，以至几乎触及到地球上最高的山顶，那么使它保持轨道运动的向心力当然就等于它在山顶处所受的重力。这时如果小星球突然失去了运动，它就如同山顶处的物体一样以相同的速度下落。如果它所受的向心力并不是重力，那么它就将在这两种力的作用下以更大的速度下落，这是同我们的经验不符合的。可见重物的重力和星球的向心力必然是出于同一个原因。
紧接着，牛顿根据惠更斯的向心力公式和开普勒的三个定律推导了平方反比关系。牛顿还反过来证明了若物体所受的力指向一点而且遵从平方反比关系，则物体轨道呈圆锥曲线——椭圆、抛物线或双曲线。在原理中，牛顿同磁力作用相类比，得出这些指向物体的力应与这些物体的性质和量有关，从而把质量引进了万有引力定律。
牛顿把他在月球方面得到的结果推广到行星的运动上去，并进一步得出所有物体之间万有引力都在起作用的结论。这个引力同相互吸引的物体质量成正比，同它们之间的距离的平方成正比。牛顿根据这个定律建立了天体力学的严密的数学理论，从而把天体的运动纳入到根据地面上的实验得出的力学原理之中，这是人类认识史上的一个重大的飞跃。
雷电的本质