如何认识宇宙中客观存在的物质及其运动特性是物理学，乃至人类对自然认识的一个根本问题。以牛顿为代表的物理学家创立的传统物理学是通过对周围世界的观测得出物质的运动规律。限于当时的技术条件，很多测量过程精度都是十分低的。虽然如此，但是通过严格的逻辑推理和反复的实验修正，经典物理学理论描述的物体运动规律的适用范围仍然基本覆盖了当时科学技术的绝大多数应有要求。
经典物理学理论中给我印象最深的是物质不灭定理和能量守衡定理。这两个定律把人们一般的观测中不一定能够注意到的物理事实，上升到一个更加普遍的理论高度。
在这里物质是指具有惯性质量的构成体。其主要的物理特征——质量是指物体保持原有运动（或静止）状态不变的特性。质量越大，物体保持原来运动状态的能力越强。在牛顿力学物理体系中，质量是从运动特性的角来观察物质所得到的一种度量，又称为惯性质量。在经典物理学中，物质的质量是永远不变的，即物质既不能生成，也不能消失。
能量是物体对外做功的能力，或者说能量是代表物质活性的度量。当运动系统对外界做功或输出能量时，系统的总能量减少，活性变弱；当系统从外界获得能量时，系统的能量增加，活性变强。一个运动系统的能量遵守能量守衡定理，能量既不能产生，也不能消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。
在当时的技术条件之下，在一般的物质运动和化学反应中的确可以通过实际的物理测量证实这两个守衡定理。 1756年俄国化学家罗蒙诺索夫和1777年法国的拉瓦锡做的燃烧反应实验中，以及1908年德国化学家朗道耳特(Landolt)及1912年英国化学家曼莱(Manley)做了精确度极高的实验中，在误差小于一千万分之一的范围内质量都保持了不变。所以科学家一致确认了物质不灭定律。
在经典科学体系中对物质的认识具有最为深刻的影响的是元素周期表的发现。元素周期律是1869年俄国科学家门捷列夫首先发现的。他将当时已知的63种不同化学性质的元素依其化学性质的规律分类，把有相似化学性质的元素放在同一列。并以表的形式排列，制成元素周期表的雏形。元素周期表的发现说明科学家通过物质的化学反应特性，已经了解到物质的构成不仅仅有五种元素，而是由很多不同化学性质的元素构成。这些元素的化学特性在各种化学反应中是十分稳定，而且是有规律性的。
当时门捷列夫仅仅是依靠对这些物质对化学性质的理解，总结出的一个物质化学性质的规律表格。而当时的科学家并不知道构成这种规律性的内在原因是物质元素的原子内部电子数量的变化。当原子结构的奥秘被发现以后，科学家发现依据各种元素的原子质量（更进一步是以原子的质子数即核外电子数或核电荷数）为依据，排列形成的元素周期表与门捷列夫按照元素的化学性质排列的元素周期表完全一致。从而进一步发现：不同的元素的化学性质完全决定于其原子的核外电子数或核电荷数。这样对物质的认识深入到了原子内部的构成。
质量和能量是物理学中的两个重要的物理量，两者在经典物理学中没有直接的联系。这也是当今广大的民众从学校里接受的对物质的概念。这些概念与我们一般人日常的直接经验是比较一致的，所以我们也很容易接受。然而，在进一步的研究中发现这两个守恒规律是有局限性的。在传统物理学中对我们周围直接感受到的物质的质量和能量等物理特性有非常精密的测量实验数据，和完整的数学方法描述。从而得出了经典物理学中对物质的描述。
物理学家通过实验测量出1000克硝化甘油爆炸之后，放出的能量为8.0×10^6焦耳。产生这些能量所消耗的质量是8.9×10^-8克，与原来总质量1000克相比，差别小到不能用现有的实验技术所能测定。在测量误差范围大于这个比值的条件下，科学家完全可以认定质量守恒定律是完全正确的。
而当1000克的铀235裂变的情况下，可以放出的能量为8.23×10^16焦耳，与产生这些辐射能相等的质量为0.914g，和原来1000克相比，质量变化已达到千分之一。这个差别就可以被测量出来了。但是热核反应是科学家在认识了物质的原子结构以后才得以实现的技术。这时质量守恒和能量守恒规则就不是互相独立的了，于是人们对质量守恒定律就有了新的认识。科学家则将这两个定律合而为一，称它为质能守恒定律。
对物质的质量和能量整体特性的新认识，是从现代物理之父爱因斯坦的相对论开始的。因为，相对论所讨论的内容，是我们直接经验以外的东西，需要理性的数学分析，所以相对论原理很难理解。为此，爱因斯坦还专门写了几本小册子《狭义与广义相对论浅说》、《物理学的进化》来帮助一般的不熟悉理论物理的数学工具（也就是那些让人望而生畏的密密麻麻的数学公式）的人了解它。虽然，有了这本小册子的比较通俗的解释，但是因为这个理论是如此的深奥，买到这本书以来我陆陆续续看过好几遍，也没有真正理解。只不过，结合其它的现代物理学科普著作的阅读，理解得稍微多了一些。
因为相对论是现代物理学的起点之一，所以凡是介绍现代物理学的著作都不得不谈到相对论。相对论的意义，不仅仅是它对物质世界的正确描述，更重要的是它改变了人类对宇宙的探讨的思想方式。人们直观的经验是“眼见为实”，传统物理是建立在各种人们能够实际完成的实验数据之上的理论。而现代物理中的很多事情，不仅不能“眼见为实”，而是靠数学推导，抽象思维去“想出来”，然后再去实验证实。甚至有“思想实验”的逻辑推理和解释，叫人好不费解。象量子物理中还引人了思维、哲学、宗教等概念来说明物理问题，更加超出了一般人对物理学的理解。
现代物理学对物质，对物质世界的解释的理论主要包括量子理论和相对论两大“支柱”。通过了解现代物理学中对物质的描述，我们进入了一个与我们的直接经验大不相同的神奇的世界。随着人们对自然界的研究的深入，对物质的认识也从有形的、有惯性质量的物体，扩展到无形的场态物质。根据这一观点，自然界中的物质不仅指有形的物体，也包含无形的东西。有形的物质可以用质量来说明其特性，而无形的物质——场态物质可以用能量来说明其特性。这里就涉及到如何看待质量与能量之间的关系问题，这也是近代物理学的一个重大研究课题。现代物理学的发展，使得人们对自然界的情况有了更加深入的了解。通过现代物理学的学习，使得我们对物质的认识发生了很大的变化。
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