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물리학은 다양한 방법론을 가지고 발전해오고 있다. 본질적으로 실험과학으로서 더욱 정교한 측정을 통해 미처 기대하지 못했던 새로운 결과들을 얻을 수 있다. 한편 기존이론을 새로운 이론분야에 적용하려는 수학적 시도, 명백해 보이지만 검증되지 않았던 가정들에 대한 엄격한 재시험, 대칭성과 근사성에 의한 논증, 미학적 판단, 우연, 직감 등의 모든 것들도 물리학의 방법론으로 의미를 가진다.

상세한 기술적 방법은 문제마다 달라지지만 물리학자들은 이상화된 모형을 만듦으로써 미해결된 문제를 쉽게 하려는 노력을 계속한다. 이렇게 만들어지는 일련의 모형들은 실재를 점점 닮아가게 되고 종국에는 실제 물리적 상황에서의 문제를 풀 수 있게 된다. 보어가 공식화한 대응원리는 양자이론적 견지에서 씌어졌는데 이론적 해석을 확장하는 데에도 유용한 원리이다.

대응원리란 어떤 정당한 이론이 좀더 넓은 영역으로 확장될 때, 새 이론과 이전 이론이 모두 적용되는 공통영역에서는 새 이론의 예측이 이전 이론의 것과 일치해야 한다는 것이다. 예를 들면 속력이 광속보다 훨씬 느릴 때 상대론적 역학은 뉴턴의 고전역학과 일치해야 한다.