Kepler fue el primer científico que exigió una explicación causal para el movimiento de las estrellas. A partir de las observaciones astronómicas de Marte realizadas por Tycho Brahe, descubrió que la órbita de Marte es elíptica. Este corte con el pensamiento medieval se produjo hacia el año 1600 d.C. Casi al mismo tiempo, Galileo explicaba el movimiento de las partículas en términos de leyes matemáticas abstractas. Cuenta la leyenda que una vez realizó un famoso experimento: dejar caer dos bolas de diferentes masas desde la Torre Inclinada de Pisa para comprobar si caían al mismo tiempo. Aunque esta leyenda probablemente sea falsa, realizó experimentos numéricos con bolas rodantes en planos inclinados; su teoría del movimiento acelerado aparentemente se derivó de estos resultados y se convirtió en la piedra angular de la mecánica clásica.
Newton y la mayoría de sus colegas de la época, con la famosa excepción de Huygens, creían que la mecánica clásica debería poder explicar todos los fenómenos exhibidos por la naturaleza, incluida su derivada óptica geométrica, que explicaba las ondas de luz. Incluso cuando descubrió los anillos de Newton, un fenómeno de interferencia de ondas de luz, Newton todavía utilizó su propia teoría de las partículas de luz para explicarlo.
A finales del siglo XIX, teorías y experimentos de vanguardia desenterraron muchas preguntas desconcertantes. La conexión entre la mecánica clásica y la termodinámica conduce a la paradoja de Gibbs (discontinuidad de mezcla de entropía) de la mecánica estadística clásica. En el campo de la física atómica, la radiación atómica presenta un espectro lineal en lugar de un espectro continuo. Muchos maestros trabajaron en estos problemas, lo que condujo al desarrollo de la mecánica cuántica moderna. De manera similar, debido a la contradicción en la transformación de coordenadas entre el electromagnetismo clásico y la mecánica clásica, finalmente se creó la sorprendente teoría de la relatividad.
Desde finales del siglo XX, la mecánica clásica, que ya no puede mantenerse sola, se ha integrado firmemente en la relatividad y la mecánica cuántica junto con el electromagnetismo clásico, convirtiéndose en una ciencia que estudia las partículas en los límites de la no -mecánica relativista y no cuántica.