現代物理學的兩種核心理論給出關於空間、時間、物質、能量的崭新繪景。量子力學論述發生於原子層級與亞原子層級各種現象的離散性質，以及在關於這些現象的描述裏的粒子與波動的互補性質。相對論闡述，處於某參考系的觀察者，所觀察到在另外一個以相對速度移動的參考系發生的現象。相對論又可分為狹義相對論與廣義相對論。狹義與廣義相對論的區別在於所討論的問題是否涉及重力（彎曲時空），即狹義相對論只涉及那些沒有重力作用或者重力作用可以忽略的問題，而廣義相對論則是研討那些涉及重力的論題。