相互作用的实验而且理论
前面的讨论本应表明，在物理和其他科学一样，科学是实验和理论密切相互作用的结果。在一个成熟的领域，比如古典力学，似乎实验几乎是不必要的，所需要的只是数学或计算技能，以发现方程的解运动．然而，这种观点忽略了的作用观察或者一开始就做实验来解决问题。为了发现自行车在何种条件下能够保持稳定的直立状态或转弯，首先需要发明并观察一辆自行车。运动方程是如此普遍，并且作为描述如此广泛的现象的基础，以至于数学家通常必须研究真实物体的行为，以便选择那些既有趣又有趣的运动方程可溶性．他的分析可能确实表明存在一些有趣的相关效应，这些效应可以在实验室中检验;因此，新事物的发明或发现可能由实验者或理论家发起。使用这样的术语，特别是在20世纪，导致了一个普遍的假设，即实验和理论化是不同的活动，很少由同一个人进行。的确，几乎所有活跃的物理学家都主要以这样或那样的方式从事他们的职业。然而，创新的实验者如果没有对理论结构的了解，即使他在技术上没有能力找到特定数学问题的解决方案，也很难取得进展。出于同样的原因，创新的理论家必须对真实对象的行为方式有深刻的了解，即使他在技术上没有能力把仪器放在一起来研究这个问题。的根本统一物理科学在以下概述期间应牢记特征实验和理论物理的例子。
特征实验程序
意想不到的观察
发现x射线(1895)威廉·康拉德Röntgen当然是偶然发现的。事情开始于他注意到当一个电流是通过附近的放电管射出的吗荧光屏点燃了，尽管管子完全被黑纸包裹着。
欧内斯特·马斯登一名参与项目的学生向他的教授报告说，欧内斯特·卢瑟福(然后在曼彻斯特大学在英国)，那阿尔法粒子当它们碰到薄金属箔时，偶尔会发生90°以上的偏转。卢瑟福对这一观察结果感到惊讶，他仔细研究了实验数据，以制定他的核方案原子模型(1911)。
Heike Kamerlingh Onnes他是第一个将氦气液化的人，他将一根汞线冷却到4k以内绝对零度(4k = - 269°C)来测试他的信念电阻会在零点消失。这似乎是第一个实验的结果验证，但更仔细的重复表明，所有的电阻痕迹都在4 K以上突然消失，而不是像他预期的那样逐渐下降。这种现象超导这一现象直到1957年才得到理论解释。
并非意外的机会
1807年丹麦物理学家和化学家汉斯·克里斯蒂安Ørsted开始相信电现象会产生影响磁铁但是，直到1819年，他才把他的研究转向电流产生的影响。在他的基础上试探性的他试了几次，想看看导线中的电流是否会导致磁针横向放置在导线上转动，但没有成功。只有当他不假思索地想到要把针平行地安排在金属丝上时，他才看到了他长期寻求的效果。
这类实验情况的第二个例子涉及到电磁感应英国物理学家和化学家迈克尔·法拉第．法拉第意识到一个带电的物体会在附近的物体中引起电荷，他试图确定一个线圈中的稳定电流是否会在靠近它的另一个短路线圈中引起这样的电流。他没有发现任何影响，除非在第一个线圈的电流被打开或关闭时，另一个线圈中出现瞬时电流。实际上是他提出了电磁的概念感应通过改变磁场。
定性测试来区分不同的理论
那时Augustin-Jean菲涅耳介绍了他波光的理论法国科学院(1815年)，主要的物理学家都是牛顿的追随者微粒说．有人指出了这一点Simeon-Denis泊松菲涅耳的理论预言圆形障碍物投射的阴影的正中心会有一个亮点。这实际上是由弗朗索瓦•阿拉戈菲涅耳的理论立即被接受。
波动理论和微粒理论之间的另一个质的区别是关于光速在透明介质中。为了解释当光进入介质时，光线向表面的法线弯曲，微粒理论要求光走得更快，而波动理论要求它走得更慢。Jean-Bernard-Leon福柯证明后者是正确的(1850年)。
上面讨论的三类实验或观测是不需要高精度测量的实验或观测。然而，以下是涉及不同精度测量的类别。