En 1824 publicó Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en donde expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Estos trabajos, poco comprendidos, inclusive despreciados por la comunidad científica (algunos físicos prominentes) de la época, fueron más tarde conocidos en Alemania por Rudolf Clausius, que fue quien los difundió y William Thomson (lord Kelvin) quien hizo lo propio en el Reino Unido. Cabe mencionar que el ensayo de Carnot fue recogido por Clausius y Thompson para formular de una manera matemática, las bases de la termodinámica.

Una de las primeras declaraciones de la Segunda Ley de la Termodinámica fue hecha por R. Clausius en 1850 . Él dijo lo siguiente.

El calor no puede fluir espontáneamente.

 La segunda ley de la termodinámica, que se puede enunciar de diferentes formas equivalentes, tiene muchas aplicaciones prácticas. Desde el punto de vista de la ingeniería, tal vez la más importante es en relación con la eficiencia limitada de las máquinas térmicas. Los científicos que trabajaron para mejorar la eficiencia de la máquina de vapor, motor de la Revolución Industrial, desarrollaron un conocimiento fundamental de la conversión del calor en trabajo mecánico. Unas de las conclusiones de este estudio es que la segunda ley afirma que no es posible construir una máquina capaz de convertir por completo, de manera continua, la energía térmica en otras formas de energía. 

El experimento que por fin unió electricidad y magnetismo en una sola, fue realizado el 1820 por Hans Christian Oersted (1777-1851), por casualidad, mientras preparaba su clase de física en la Universidad de Copenhague.

A finales de 1820 se conocían las primeras leyes cuantitativas de la electrodinámica y hacia 1826 Ampère ultimaba una teoría que permaneció durante prácticamente 50 años. Un poco más tarde, en 1831, Michael Faraday, y simultáneamente, Joseph Heary, demostraron que, cuando un imán se mueve cerca de un alambre, se observa una corriente eléctrica en este. Después, en 1873, James Clerk Maxwell usó estas observaciones y otros factores experimentales como base, y formuló la teoría electromagnética que se conoce actualmente, resumida en sus famosas ecuaciones de Maxwell.  Heinrich Hertz alrededor de 1888 verificó ésta teoría produciendo ondas electromagnéticas en el laboratorio.

Gracias al conocimiento de estas leyes, son posibles una enorme cantidad de dispositivos tecnológicos actuales.

Ese patrón de interferencia demostraba que los rayos de luz no viajaban como partículas, sino como ondas. En 1905, Albert Einstein entró en escena, demostrando que la luz sí que podía comportarse como una partícula: si diriges un rayo de luz hacia un metal, puedes formar una corriente eléctrica. Como resultado de ambos experimentos, los científicos han aceptado que la luz se comporta al mismo tiempo como una partícula y como una onda. Este fenómeno es una de las bases de la teoría cuántica. Finalmente Einstein determinó que la luz viaja siempre a la misma velocidad, sin importar la velocidad del observador.

La primera es la Ley de la inercia: un cuerpo se mantiene en reposo o en movimiento rectilíneo y uniforme de forma indefinida si sobre él no actúa ninguna fuerza. La segunda es conocida como la Ley fundamental de la dinámica: la aceleración que produce una fuerza en un cuerpo es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza e inversamente proporcional a su masa; la expresión F = m·a es la formulación matemática de esta ley. Por último, la Ley de acción y reacción establece que si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro (acción), el otro ejerce exactamente la misma fuerza, pero en sentido contrario, sobre el primero (reacción).

Las leyes de Newton expresan la relación entre movimientos y fuerzas. Una manera de definir la idea de fuerza es como empuje o atracción; si se empuja una pieza de madera sobre la superficie de una mesa, se ejerce una fuerza sobre la pieza; sin embargo, la formulación de Newton posee la ventaja de ofrecer una definición más precisa del concepto de fuerza.

Experimentos posteriores demostraron que esos rayos realmente constan de un tercer tipo de partículas subatómicas, que Chadwick llamó neutrones debido a que se demostró que eran partículas eléctricamente neutras con una masa ligeramente mayor que la masa de los protones.
En 1935 recibió el Premio Nobel de física por demostrar la existencia de los neutrones. El electrón, el protón y el neutrón son los componentes fundamentales del átomo que son importantes para la química.

No solo eso. Descubrió además que la equivalencia funciona en ambos sentidos: un aumento o disminución de la energía en un sistema aumenta o disminuye correspondientemente su masa, y un aumento o disminución de la masa corresponde a un aumento o disminución de la energía. En otras palabras, la masa en sí misma es una medida de una cantidad equivalente de energía.
No solo masa y energía son «equivalentes», podemos afirmar que la masa es energía. Esto es exactamente lo que concluyó Einstein en 1905: «La masa de un cuerpo es una medida de su contenido energético». Nada impide que consideremos la masa como «energía congelada», congelada en el momento en que el Universo se enfrió poco después del Big Bang y la energía se agrupó formando “bolas” de materia, las partículas elementales de las que se compone la materia ordinaria.

Por lo tanto, cualquier energía adicional que se añada a una masa aumentará su masa aún más.
Estas dos deducciones diferentes de la teoría de la relatividad -aumento de masa y equivalencia de masa de energía- son consistentes entre sí. Esta equivalencia tiene un significado muy importante. Primero, dos grandes leyes de conservación se convierten en dos formas alternativas de una sola ley. En cualquier sistema cuya masa total se conserve, la energía total también se conserva. En segundo lugar, surge la idea de que parte de la energía en reposo podría transformarse en una forma de energía más familiar. Dado que el equivalente energético de la masa es tan grande, una reducción muy pequeña en la masa en reposo liberaría una enorme cantidad de energía, por ejemplo, energía cinética o energía electromagnética.

Para formular esta ley, Newton dedujo que la fuerza con que dos masas se atraen es proporcional al producto de sus masas dividido por la distancia que las separa al cuadrado. Estas deducciones son el resultado de la comprobación empírica mediante la observación.

La ley implica que mientras más cerca y más masivos sean dos cuerpos, más intensamente se atraerán. Como otras leyes newtonianas, representó un salto adelante en el conocimiento científico de la época.