В XVI-XV1I вв. натурфилософское и во многом схоластическое познание природы превратилось в современное естествознание, в систематическое научное познание на базе экспериментов и математического изложения. В этот период в Европе начинается новый этап в развитии науки: зарождается и развивается экспериментальное исследование природы, формируется новое мировоззрение. В 1543 г. вышло в свет сочинение великого польского астронома Н. Коперника "Об обращении небесных кругов", содержащее изложение гелиоцентрической системы Вселенной, обоснованное данными наблюдений и математических доказательств. Итальянский философ Дж. Бруно (1548-1600), развивая идеи Н. Коперника, доказывал, что у Вселенной нет центра, она беспредельна и состоит из бесконечного множества звездных систем. В то время это означало настоящую мировоззренческую революцию. Теоретическое обоснование гелиоцентрической системы Коперника было проведено Галилео Галилеем (1564-1642), великим итальянским ученым, с помощью данных из области астрономии и механики. Изложение этого доказательства содержится в знаменитом труде Галилея "Диалог о двух главнейших системах мира - птолемеевой и коперниковой содержится в знаменитом труде Галилея «Диалог о двух главнейших системах мира - птолемеевой и коперниковой» (1632).

Другим подтверждением гелиоцентрической системы Коперника явились законы движения планет Солнечной системы, открытые немецким астрономом И. Кеплером (1571-1630) в результате обобщения данных астрономических наблюдений. Обоснование Галилеем гелиоцентрической системы Коперника включает в себя доказательства, основанные на исследованиях по динамике: опыты с падающими телами, движение тел по горизонтальной и наклонной плоскостям. В результате этих исследований Галилей сформулировал принцип инерции и принцип относительности. Галилей в открытом им законе инерции установил равноправие покоя и равномерного прямолинейного движения, показав, что ни одно тело не может изменить своей скорости (ни ее величину, ни направление) без действия силы. Закон инерции не опирается на повседневный опыт, он сформулирован на основе мысленного эксперимента с идеализированными объектами. Одной из самых важных заслуг Галилея в истории науки является установление и разработка им нового экспери-ментального метода познания природы, предполагающий активную деятельность естествоиспытателя, направленную на постановку специальных экспериментов. Экспериментальный метод Галилея предполагает следующие этапы: установление гипотез на основе данных наблюдений и опытов; вывод следствий из гипотез; экспериментальная проверка следствий, подтверждающих гипотезу и превращающих ее в научный закон.

В XVII в. экспериментальный метод Галилея становится основным научным методом познания природы, что означало начало становление физики как самостоятельной науки и естествознания как системы естественных наук. Становление физики как самостоятельной науки сопровождалось развитием экспериментального метода познания природы, заложенного Галилеем, и выдающимися достижениями в области механики, оптики, физики жидкостей и газов. В период становления физики как самостоятельной науки была создана теория маятника (Галилей, Гюйгенс), разработана теория вращательного движения (Гюйгенс). В этот период был установлен и закон преломления света. Впервые этот закон был экспериментально установлен голландским ученым Снеллиусом (1580—1626). Позднее этот закон в уже современной формулировке был опубликован Декартом в сочинении "Диоптрика" (1637). Открытие закона преломления света давало возможность приступить к количественному расчету оптических систем. В дальнейшем была получена формула линзы и развиты основы теории оптических систем. В этот же период были открыты явления интерференции и дифракции света.

Развитие физики жидкостей и газов привело к созданию учения об атмосферном давлении (Торричелли, Паскаль). В 1603 г. Э. Торричелли (1608-1647) провел первый опыт с трубкой, наполненной ртутью и пришел к заключению о возможности существования пустоты, а также измерил величину атмосферного давления. Опыты Торричелли-Паскаля привели к изобретению нового прибора - барометра, который начал применяться в метеорологических исследованиях.

XVI-ХVII вв. характеризовались революционными достижениями не только в астрономии и физике, но и в математике. Английский ученый И. Ньютон (1643-1727) и независимо от него немецкий математик и философ Г. Лейбниц (1646-1716) разработали принципы интегрального и дифференциального исчисления. Эти исследования стали основой математического анализа и математической базой всего современного естествознания. Еще раньше, в середине XVII в. трудами Р. Декарта (1596-1650) и П. Ферма (1601-1665) были заложены основы аналитической геометрии, что позволило переводить геометрические задачи на язык алгебры с помощью метода координат. Дифференциальное исчисление дало возможность математически описывать не только устойчивые состояния тел, но и текущие процессы, не только покой, но и движение. В этот период господствующим стал аналитический метод к познания процессов, в основе которого - расчленение целого для отыскания неизменных основ этих процессов. И. Ньютон сыграл исключительную роль в развитии физической науки. Созданная им система классической механики свершила период образования физики. Обобщив в своих трудах все, что было сделано в области физических наук, Ньютон окончательно отделил физику от натурфилософии, определил на долгие годы ее метод и наметил программу ее развития для последующего периода.