Os primeiros físicos foram sem dúvida os filósofos pré-socráticos que, entre o século -VI e o século -IV, especularam longamente sobre a constituição da matéria e os fenômenos naturais. Empédocles (-492/-432), com a teoria dos quatro elementos, e Leucipo (séc -V) e Demócrito (-460/-370?) com a teoria atômica, são os mais notáveis.

Platão (-428/-347) também especulou sobre a constituição da matéria em um de seus mais importantes diálogos, o Timeu. Aristóteles (-384/-322), dentro de seu vasto campo de interesses, distinguiu com precisão a matemática da Física, sistematizou e aperfeiçou as teorias dos pré-socráticos sobre os elementos e desenvolveu uma metodologia para as especulações de natureza "científica".

As idéias cosmológicas de Aristóteles se tornaram predominantes e tiveram decisiva influência no pensamento científico árabe e europeu até a época do Renascimento. Aristóteles enunciou, além de importantes princípios cosmológicos, os primeiros conceitos sobre o movimento dos corpos. Chegou até nós um tratado sobre mecânica atribuído a ele, mas parece ter sido escrito por um de seus discípulos.

Os outros campos da Física emergiram durante do Período Helenístico em diante, quando a matemática passou então a ser cada vez mais aplicada no estudo dessas questões. A acústica remonta aos estudos de harmonia musical de Aristóxeno de Tarento (séc. -IV), Cláudio Ptolomeu (100/170) e Boécio (475–525); a ótica e a catóptrica (teoria dos espelhos), aos de Euclides (fl. -300), Héron de Alexandria (fl. 62), Ptolomeu e Téon de Alexandria (335?/405); a estática e a hidrostática, aos de Arquimedes (-287/-212), Héron e Papos de Alexandria (fl. 320).

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