La física es una ciencia experimental. Los físicos observan los fenómenos naturales e intentan encontrar patrones y principios que los describen. Tales patrones se denominan teorías físicas, o, si están muy bien establecidos y se usan ampliamente, leyes o principios físicos.

El desarrollo de la teoría física exige creatividad en cada etapa, el físico debe aprender a hacer las preguntas adecuadas, a diseñar experimentos para tratar de contestarlas y a deducir conclusiones apropiadas de los resultados.

El desarrollo de teorías físicas siempre es un proceso bidireccional, que comienza y termina con observaciones y experimentos. La física no es una mera colección de hechos y principios, también es el proceso que nos lleva a los principios generales que describen el comportamiento del Universo físico.

Ninguna teoría se considera como la verdad final o definitiva. Siempre hay la posibilidad de que nuevas observaciones obliguen a modificarla o deshecharla. En las
teorías físicas es inherente que podemos demostrar su falsedad encontrando  comportamientos que no sean congruentes con ellas, pero nunca probaremos que una teoría siempre es correcta.

Según la teoría de Galileo, supongamos que dejamos caer una pluma y una bala de
cañón. Sin duda no caen a la misma velocidad. Esto no significa que Galileo estuviera
equivocado, sino que su teoría estaba incompleta. Si soltamos tales objetos en un vacío para eliminar los efectos del aire, sí caerán a la misma velocidad. La teoría de Galileo tiene un intervalo de validez: sólo es válida para objetos cuyo peso es mucho mayor que la fuerza ejercida por el aire (debido a su resistencia y a la flotabilidad del objeto). Los objetos como las plumas y los paracaídas evidentemente se salen del intervalo.

Cualquier teoría física tiene un intervalo de validez fuera del cual no es aplicable. A
menudo un nuevo avance en física extiende el intervalo de validez de un principio. Las leyes del movimiento y de gravitación de Newton extendieron ampliamente, medio siglo después, el análisis de la caída de los cuerpos que hizo Galileo.