開爾文勳爵曾認為，在經典物理的大廈修建完畢後，天空只存在兩朵烏雲，第一是黑體輻射帶來的問題，進而演變為量子物理；第二則是「以太」是否存在的問題，進而與後來的相對論相關。這兩朵烏雲可以遮天蔽日，也是後人另起高樓的原因。
馬克思.普朗克早年致力於熱力學的研究，當時對於黑體輻射的描述還主要依賴於從經典物理中推導出的瑞利-金斯定律，然而該定律並不能有效解釋黑體輻射實驗的現象。普朗克則遠見卓識的提出了能量子的概念，從而確定了著名的黑體輻射方程，能量子這一概念完全有悖於大眾的認知，與經典物理學的體系大相逕庭，然而正是這一看似有悖常理的理論卻有效的解釋了黑體輻射的實驗現象，但這一新潮的理論一時無法被人所接受，因此連普朗克自己也對該理論充滿懷疑。但事實勝於雄辯，在歷史的長河中，普朗克這一理論得到了學術界的廣泛認同，其也因此斬獲1918年諾貝爾物理學獎。天才的命運總是相互關聯。另一位科學巨人阿爾伯特.愛因斯坦對於量子這一概念十分敏感，從而藉助量子的理念成功解釋了光電效應，並於1923年獲得諾貝爾獎。
赫茲最先在實驗中發現光電效應現象，但受到麥克斯韋等人的光的波動學說的影響，未能正確解釋光電效應現象。而在1905年，一個瑞士專利局的公務員在辦公室的窗前對光電效應進行了近乎完美的解釋，而這個公務員則是聞名遐邇的愛因斯坦。1905是人類歷史上的一個奇蹟年，在這一年愛因斯坦發表了五篇論文，其中就有提出狹義相對論的《論物體的電動力學》與提出光電效應解釋的《關於光的產生和轉變的一個啟發性的觀點》以及提出著名的質能方程E=mc^2的《物體慣性和能量的關係》。言歸正傳，愛因斯坦通過運用普朗克的能量子的學說創造性的建立了光量子模型，並提出了著名的光電效應方程eu=E=hv-w，從而成功解釋了困擾學術界多年的光電效應，並直接啟發了後來太陽能等技術的開發。
在於量子力學的發展長河中有無數閃耀的光點，如普朗克之於能量子，波爾之於能級，德布羅意之於物質波，乃至於後來哥本哈根學派中的海森堡等人基於對波爾理論批判性的繼承從而創造出的矩陣力學，以及薛丁格從德布羅意的物質波中得到的波動力學。而這些理論的誕生來自於那個群賢匯集的時代中強烈的思想碰撞。恰如1927年的索爾維會議，以愛因斯坦為首的哥本哈根反對派以及以波爾為首的哥本哈根學派發生激烈對抗。正是在這些大家們鍥而不捨的探索與質疑中，量子力學的大廈正一步步趨近完美，後來又證明薛丁格的波動力學與海森堡的矩陣力學在數學意義上相同，從而構建了量子力學。當然在量子力學中還有許多大家，如波恩之於不確定性原理，泡利之於泡利矩陣和泡利不相容原理，以及後起之秀狄拉克之於狄拉克方程和關於反物質的預測……
如果說量子力學是一群天才對於微觀物理的研究，那麼相對論則是一位天才對於高速物理的研究。1905年愛因斯坦啟發性地提出狹義相對論否定了以太學說。當然在愛因斯坦提出狹義相對論之前，物理界已經山雨欲來風滿樓，既有洛倫茲變換，又有龐加萊對於相對性原理的研究。而愛因斯坦則是集大成者，他提出了相對性原理和光速不變原理，從而得出了時空的相對性這也否定了經典物理的絕對時空觀。在1915年愛因斯坦又進一步得到了廣義相對論，從而得出引力不是力而是物體彎曲時空的固有屬性這樣啟發性的觀點。相對論這樣一座大廈在愛因斯坦的建設下落成，雖然在一些細節上與量子力學有相悖之處，但這兩棟大廈仍是當今物理學的主要研究方向。
在近代物理學體系中由以上兩種學說演變和發展出來諸多學說，比如粒子物理學，凝聚態物理學，近代宇宙學，統計物理學，高能物理學乃至後期發展起來的弦理論……