Según su teoría, todo está compuesto de cinco elementos: agua, tierra, aire, fuego y éter. En su Física, cada uno de estos elementos tiene un lugar adecuado, determinado por su peso relativo o "gravedad específica"

Tales observaría que frotando hierro a la magnetita, éste adquiría las propiedades magnéticas del mineral: el hierro se imantaba, dando origen al electromagnetismo.

Mejoró el telescopio lo que le permitió llevar a cabo gran cantidad de observaciones astronómicas. Formuló la primera ley del movimiento, empleando el método científico y llegó a conclusiones capaces de ser verificadas.

Explicó varios conceptos de magnetismo, óptica y la ley de conservación del movimiento, padre del racionalismo en la ciencia.Considerado el creador del mecanicismo

Formuló los tres principios del movimiento y una cuarta Ley de la gravitación universal, que transformaron por completo el mundo físico. Todos los fenómenos podían ser vistos de una manera mecánica.También se destacan sus trabajos sobre la naturaleza de la Luz y la óptica.

Escribió de manera matemática la ley de atracción de las cargas eléctricas. Realizó  muchas investigaciones sobre magnetismo, fricción y electricidad e inventó la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción o repulsión de carga eléctricas.

Aportó a la teoría de la electricidad la ley de Ohm. Estudió la relación entre intensidad de una corriente eléctrica, su fuerza electromotriz y la resistencia

Se dedicó al estudio de partículas radioactivas denominándose alfa, beta y gama. En 1911, dedujo la existencia de un núcleo atómico cargado positivamente, a partir de experiencias de dispersión de partículas

Formuló la teoría de la relatividad especial, la cual coincide con las leyes de Newton cuando los fenómenos se desarrollan a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz. En 1915 extendió la teoría de la relatividad especial, formulando la teoría de la relatividad general. Desarrolló la teoría cuántica. Premio Nobel en 1921: por el efecto fotoeléctrico.

Desarrolló el modelo atómico en forma de orbitales que sustituyó al modelo de Rutherford.

Sus trabajos más importantes fueron aportar, junto con Roger Penrose, teoremas respecto a las singularidades espaciotemporales en el marco de la relatividad general y la predicción teórica de que los agujeros negros que emiten radiación, lo que se conoce hoy en día como radiación de Hawking (o a veces radiación Bekenstein-Hawking).

Explica el origen de la masa de las partículas elementales en general, y de los bosones W y Z en particular. Este llamado mecanismo de Higgs predijo la existencia de una nueva partícula, el bosón de Higgs (que a menudo se describe como "la partícula más codiciada de la física moderna"). Esta partícula fue denominada la “Partícula de Dios” y confirmada en 2013.