在古代，人们就已注意到光、电、磁、声、热等这些物理现象，但对它们本质的认识却一直没有什么进展。到了近代，人们才真正开始对它们的科学研究。牛顿力学的建立，标志着近代物理学的诞生。此后，专门研究这些物理现象的分支学科相继建立了起来。
（第一节 ）研究磁的吉伯
古代，人们早就发现了磁现象，也留下了许多关于磁的记载，但却一直无法解释这种现象的奥秘。科学之父泰勒斯认为磁石有灵魂，古代中国拿母子情来比喻磁现象：“石，铁之母也。以有慈石，故能引其子；石之不慈者，亦不能引也。”先秦和秦汉古籍中都把磁石写成“慈石”，磁石似乎有一种慈爱的力量，大约到了唐代才改为“磁”。
12世纪时，中国人发明的磁针由阿拉伯传入欧洲。13世纪时，帕雷格伦纳斯对磁针做过研究，但不久就被人遗忘了。在欧洲，第一个对磁进行系统研究的是16世纪时的吉伯。他是近代磁学的先驱者，被后人誉为“磁学之父”。
1544年5月24日，吉伯出生于英国的科尔切斯特，1569年在剑桥获得医学博士学位，后开始从医。1601年被任命为皇家的医生，终身未娶。1603年12月10日在伦敦逝世。
吉伯的研究成果记载在1600年出版的《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》(简称《论磁》)一书中。该书是历史上最重要的关于磁的性质的论著之一，被伽利略誉为“一部伟大到令人妒忌”的巨著。他关于磁学的研究为电磁学的产生和发展创造了条件。
作为伽利略和培根的同时代人，吉伯跟他们一样，认为科学应建立在实验的基础上。他最初研究化学，后来长期从事磁学和电学的研究。
吉伯做了一系列科学实验，最有名的就是所谓“小地球”实验。他用一块天然磁石磨制成一个大磁石球，用小铁丝制成小磁针放在磁石球上面，结果发现这根小磁针的全部行为和指南针在地球上的行为十分相似。吉伯把这个大磁石球叫做“小地球”。由此，他提出一个假设：地球是一个巨大的磁石，它的两极位于地理北极和地理南极附近。这个假设后来经德国数学家高斯从数学上加以论证和完善，至今仍是地磁理论的经典概念。
吉伯对电现象也进行了研究。他从琥珀经摩擦后会吸引轻小物体的现象中受到启发，有意识地收集了金刚石、蓝宝石、水晶、硫磺等物质，经过摩擦后，发现它们都具有吸引轻小物质的能力。吉伯把这种作用和磁作用加以区别，认识到这也是一种物质普遍具有的现象，因此根据希腊文琥珀引入“电的”(Electric)一词，并且把像琥珀这样经过摩擦后能吸引轻小物体的物体称做“带电体”。
吉伯还制作了第一个实验用的验电器，他用一根极细的金属棒，中心固定在支座上，可以自由转动。由于金属细棒极轻，因此当摩擦后的带电物体靠近它时，金属棒会被吸引而转向带电体，由此可探测物体是否带电。
他通过实验认识到电现象也是物质存在的一种普遍现象，从而破除了人们对电的迷信。他把电与磁进行比较，发现了它们所具有的不同性质：
第一，自然界中只有磁体才有磁性，它是磁体本身具有的一种性质，而电是可以通过摩擦等手段产生的。
第二，磁性有两种：吸引和排斥；而电性仅有吸引作用。磁石只对可磁化的物质才有力的作用，而带电体可吸引任何轻小的物体。
第三，电吸引比磁吸引弱。
第四，磁体间的作用不受中间的纸片、亚麻布等物体的影响，而带电体之间的作用要受中间这些纸或布的影响。当带电体浸在水中时，电力的作用就消失，而磁体的磁力不会消失。
吉伯着重强调电和磁在本质上的截然不同，是两种无关的现象。这一错误的电磁无关论断，在电磁学历史上留下了深刻的痕迹。在法拉第之前，人们对电现象和磁现象的研究工作，几乎都是在完全彼此隔绝的状态下进行的。而事实上两者在本质上是有密切联系的。
吉伯第一次提出了质量的概念，他把质量和重量区分开来。这一点对近代物理学的发展有极为重要的意义。
出于他的地球是一巨大磁石的设想，他认为，地球的磁力一直伸到天上并使宇宙合为一体，引力无非就是磁力。吉伯相信地心说，但又相信地球是自转的。他认为太阳系的所有天体，通过磁力相互作用，并都相互影响，而且没有原动者从外面控制它们的动作。他的这些思辨性的猜测，在牛顿提出万有引力后，显然被证明是不对的。但对后来开普勒等人天体引力思想的提出产生了巨大的积极作用，因而为万有引力定律的发现作出了贡献。
吉伯是一位出色的物理学家，他的工作是实验和学术知识结合的典范。他的理论曾对后来的科学发展产生过很大的影响，为电磁学和引力理论奠定了基础。培根在他的《新工具》里提到了吉伯的工作，认为这是他所倡导的实验方法的一个最好的例子。后人为了纪念他对磁学的贡献，在CGS电磁系单位制中以吉伯作磁通势单位。
（第二节 ）奇妙的电世界
“电”这一词在西方是由吉伯从希腊文“琥珀”一词转意得来，在中国则是从雷闪现象中引出来的。18世纪，电的研究迅速发展起来，电神秘的面纱被揭开了，人们看到了一个奇妙的电世界。电成为了近代科学史上最伟大的发现之一。人类对电本质认识的思想历程，构成了一段传奇式的科学探索故事。
第一个储电装置的诞生
有关电的记载可追溯到公元前6世纪。早在公元前585年，泰勒斯已记载了用木块摩擦过的琥珀能够吸引碎草等轻小物体，后来又有人发现摩擦过的煤玉也具有这样的能力。在以后的2000年中，这些现象被看成与磁石吸铁一样，属于物质具有的性质，此外没有什么其他重大的发现。在中国，西汉末年已有关于玳瑁能吸细小物体的记载，晋朝(公元3世纪)进一步还有关于摩擦起电引起放电现象的记载，“今人梳头，解著衣时，有随梳解结有光者，亦有诧声。”
1600年，吉伯做了一系列摩擦起电实验，并区分了电现象和磁现象。1660年，盖利克发明了第一台摩擦起电机。摩擦起电机成为18世纪研究静电的实验的好帮手。
总体来看，18世纪以前，人们对电的研究是很肤浅也是很盲目的。18世纪以后，电的研究才蓬勃开展起来。
1729年，英国的格雷研究琥珀的电效应是否可传递给其他物体时发现导体和绝缘体的区别：金属可导电，丝绸不导电。并且他第一次使人体带电。
格雷的实验引起了法国人迪费的注意。1733年，迪费发现绝缘起来的金属也可摩擦起电，因此他得出所有物体都可摩擦起电的结论，认为吉伯把物体分为“电的”和“非电的”并没有事实根据。他把玻璃上产生的电叫做“玻璃的”，琥珀上产生的电与树脂产生的相同，叫做“树脂的”。他得到：带相同电的物体相互排斥，带不同电的物质彼此吸引。他把电想象为二元流体，当它们结合在一起时彼此中和。
到了18世纪，关于电的本质问题已摆在了物理学家们的面前，许多科学家都在投入对电的实验研究。然而，有一件事让科学家们感到烦恼：实验中用到的电都是用摩擦起电机提供的，起电机一旦停下来，好不容易得到的电就很快会在空气中消失。也就是说，只要你用电，就得不停地摇起电机。这时，人们就想：能否找到一种保存电的方法呢？
这样，人类的第一个储电装置——莱顿瓶就诞生了。它是由荷兰物理学家马森布洛克在1745年发明的，因马森布洛克是莱顿人而得名。然而，发明它却是出于偶然。
马森布洛克想做一个使水带电的实验。他将一根铁棒用两根丝线悬挂在空中，用起电机与铁棒相连，再用一根铜线从铁棒引出，浸在一个盛有水的玻璃瓶中，然后开始实验。
马森布洛克叫一助手一手握住玻璃瓶，他在旁使劲摇动起电机。这时，他的助手不小心另一只手碰到铁棒，猛然感到一阵强烈的打击，全身颤抖了一下，不禁喊叫起来。
马森布洛克注意到这种情况后，与助手交换了一下位置，让助手摇起电机，他自己用右手托住水瓶子，用另一只手去碰铁棒，这时他的手臂与身体也产生了一种恐怖感，“像受到一次雷击那样”。
他由此得出结论，把带电体放在玻璃瓶内可以使电保存下来。但是他搞不清楚保持电荷作用的是瓶子还是水。
不久，马森布洛克对莱顿瓶进行了改进，把玻璃瓶的内壁与外壁都用金属箔贴上，在莱顿瓶顶盖上插一根金属棒，它的上端连接一个金属球，下端通过金属链与内壁相连。
实际上莱顿瓶是一个普通的电容器，既可储电也可放电。若把它的外壁接地，而金属球连接到电荷源上，则在莱顿瓶的内壁和外壁之间会积聚起相当多的电荷，当莱顿瓶放电时可以通过相当大的瞬间电流。
莱顿瓶的发明立即轰动了欧洲，各地纷纷进行各种表演实验。有人用莱顿瓶来放电杀老鼠，有人用电点燃火药。最著名的一次是法国做的电击人表演。700多名修道士在巴黎修道院前手拉手一字排开。法国国王路易十五也被邀参观。队首的修士拿着莱顿瓶，队尾的修士拿着引线，当莱顿瓶放电时，一瞬间700多名修道士全都惊跳了起来，其滑稽的动作给人留下了深刻的印象，也令人深切地感受到了电的威力。这是一次效果极佳的电的知识科普宣传。
莱顿瓶的发明，为科学界提供了一种贮存电的方法，为进一步研究电学提供了依据，对电学的发展起了重要作用。
雷电的秘密
1746年，英国学者斯宾士到北美大陆的波士顿讲学，并进行电学表演。摩擦起电引起纸屑飞舞，莱顿瓶放电当场击死老母鸡等新奇的表演自然引来满堂喝彩。当然，表演终归表演，图的就是热闹，表演结束自然是曲终人散，不会留下别的什么东西。然而，这次表演却让一个人对电现象产生了浓厚的兴趣，决心投入对电学的研究。
这个人就是本杰明富兰克林。也许是命运的安排，他是到波士顿探亲偶然碰上这场电学表演的。这一年他已经40岁。许多人怀疑他还能在电学上有所作为。然而，令人惊奇的是，富兰克林只用了不到10年的时间，就从一个门外汉成为当时世界上最杰出的电学家之一。
1706年，富兰克林出生于波士顿，父母都是英国移民，以制造蜡烛和肥皂为业。他8岁时就读于文法学校，不到一年，转读于写作和计算学校，10岁辍学。从此再未进学校学习，而靠刻苦自学获得了丰富的知识。他干12岁到印刷所当学徒，从那时起，长期未脱离印刷工作。
1727年，富兰克林组织了一个社团，这是1743年创立的美利坚哲学会的前身。1731年，他在费城创办了北美第一个公共图书馆。曾任费城邮政局长。1751年，创办费城学院(后来的宾夕法尼亚大学)。1753年，由于他在电学方面的研究成果，英国皇家学会授予他科普利奖章。同年，他还获得哈佛大学、耶鲁大学的荣誉学位。1756年他当选为英国皇家学会会员，1769年当选为美利坚哲学会会长，一直连任到他去世之日。1772年他还当选为法兰西科学院的外籍院士。
富兰克林是美利坚合众国的创始人之一。1776年与杰斐逊等四人一起组成五人委员会起草了美国《独立宣言》，1787年5月与华盛顿等人一起制定了《美国宪法》。1776-1785年出使法国，他的科学声誉十分有利于他的外交使命，促成了美、法同盟的建立。他积极主张废除奴隶制度。
富兰克林对电学的研究是从模仿斯宾士的莱顿瓶实验开始的。因为在看了斯宾士的表演没多久，他就收到英国皇家学会会员柯林生给他寄来的一个莱顿瓶。接着，他就开始增加许多新的实验内容。很快，这位电学领域中的中年“新兵”就取得了重大的成果。
富兰克林用莱顿瓶做的第一个重要实验是发现了正电和负电，以及电荷守恒定律。
他通过实验发现电不是像迪费所说的是两种，而只有一种，这就是没有重量的、到处都有的电流质。电流质带正电，缺少电流质就表现为负电。即每一物体都带有一定数量的电流质，过多则表现为树脂电，不足则表现为玻璃电，并首创用正负号来表示。这同现代电学的失去电子呈正电，得到电子带负电的观念已十分接近，只是符号相反。他认为，电流质各部分之间互相排斥，而两个物体摩擦时，电流质就从一个物体流向另一个物体，这两个物体就互相吸引，吸引力同流过的电流质数量成正比。一个物体所含有的电流质是有限的，所以摩擦一定时间后就不会再流出电流质。为什么起电机不断摩擦会不断产生电呢？这是电又从空气中回来的缘故。他还提出了电荷守恒定律：在任何一个绝缘体系中总电量是一定的。富兰克林在前人研究的基础上把电液说(即电素说)系统化了，这种学说虽然解释不了电流现象，却比较好地解释了静电现象。
富兰克林对电学的研究结果统一了当时混乱的电学知识，为以后电学的发展打下了基础。
1747年，富兰克林对莱顿瓶进行了研究，用实验证明瓶内金属箔所带的正电荷同瓶外金属箔所带的负电荷恰好数量相等而电性质相反，实际上是阐明了电容器的原理。
当然，富兰克林最著名的电学成就是把天电和地电统一了起来，破除了人们对雷电的迷信和恐惧。
长期以来，由于雷电的破坏性太大，当时技术知识落后，无法解释这一现象，人们都有一种恐惧心理。在古希腊神话中，雷电是宙斯的武器，他手握一把钢叉，扔向人间就是雷电。经院哲学家德奥图良引证《圣经》，说闪电是冒出的地狱之火。阿奎那则在《神学大全》中说：“妖魔鬼怪能呼风唤雨，制造电火，掀起风暴，这是不容置疑的信仰。”更有许多人认为雷电是上帝的怒火。而一些有识之士曾试图用科学的角度解释雷电的起因，但都未获成功。学术界当时比较流行的是认为雷电是“气体爆炸”。
富兰克林不相信这些说法，他一直在思考雷电与摩擦起电是否一致，如果不同又有什么区别。
有一天他加大容量，将儿只莱顿瓶连起来做实验。当实验正在进行时，他的夫人丽达进来观看，一不小心碰倒了莱顿瓶，突然闪过一团电火，随着一声轰响，丽达被电击倒在地，不省人事，经抢救才脱险。
这件事唤起了他的联想，尤其是那伴随轰鸣声的电火，也是电光闪闪，轰轰隆隆。于是他写了《论天空闪电与地下电花相同》一文，送交英国皇家学会，建议搜集雷电进行研究。当皇家学会一些会员听说论文作者刚刚才开始研究电学，就拒绝过目。有的会员说：“这位先生竟想把上帝和雷电分家，真是痴人说梦！”，根本没有采纳他的建议。
于是，富兰克林决心自己用实验来证明。1752年7月，他和他儿子在费城做了那个震动世界的电风筝实验。