在现代科学的演进历程中，物理学者们始终追求着物理规律的普遍性。牛顿通过对苹果落地的洞察，揭示了万有引力的存在，并以万有引力公式来精确描述它。
但随着对自然界的深入理解，爱因斯坦质疑牛顿关于引力的看法，认为万有引力的计算并不精确，牛顿所称的引力超距作用难以解释引力的长距离作用机制。因此，爱因斯坦提出了全新的引力解释——广义相对论。
1905年以前，爱因斯坦仅是一名默默无闻的专利局文员。然而在那一年，仿佛涌动的智慧突然喷薄而出，爱因斯坦连连发表出震惊科学界的学术论文，其中包括划时代的狭义相对论，令该年成为科学史上著名的“爱因斯坦奇迹年”。
爱因斯坦在狭义相对论中，假定所有惯性系中的相对性原理和光速恒定不变，通过数学推演得到了这一理论。在狭义相对论的框架下，时间与空间被视为一个整体，构成了闵可夫斯基四维时空。简单来说，就是对于同一事件，不同观察者的时间感知可能是不同的。但狭义相对论的缺陷在于，它仅适用于惯性系，而非所有参考系。
为了区分惯性系与非惯性系，我们可以参考一个例子：在一个封闭小车中，有一物体m与车厢接触面光滑。在忽略摩擦力的情况下，不论小车处于何种运动状态，物体m总能保持静止或匀速直线运动，我们称这样的参考系为惯性系。反之，如果物体m以加速度a运动，则参考系为非惯性参考系。
因此，惯性系的特征是自由物体保持静止或匀速直线运动，且牛顿运动定律成立；而非惯性系则是自由物体保持定加速度或变加速度运动，牛顿运动定律在此不适用。
然而，现实生活中真正的惯性系几乎不存在，绝大多数情况下我们只能假设其存在。因此，狭义相对论发表之后，爱因斯坦认识到该理论仅适用于惯性系，并试图推广到非惯性系。经过十年的潜心钻研，爱因斯坦在1915年公布了他的广义相对论。
广义相对论亦在时空领域发挥作用，它将物质的存在描述为引起时空的偏离和弯曲，物质的分布决定了时空的曲率，进而影响物质的运动轨迹。这一理论的数学基础是黎曼几何，一种非欧几里得几何的变体，它为广义相对论的建立提供了数学工具。
除了引力，生活中的另一基本作用力是电磁力。电机的转动、吸铁石的吸附，都是电磁力作用的直观表现。1785年，法国科学家库伦发现了两个静止点电荷间的相互作用力与距离的平方成反比，与电量的乘积成正比，受力方向遵循同斥异吸原则，可用公式来计算力的大小。
起初，电与磁似乎并无关联。直到奥斯特发现通电导线可以使小磁针旋转，法拉第基于敏锐的科学直觉，通过一系列实验发现了电磁感应现象。麦克斯韦总结前人的研究成果，统一了电与磁，并提出了完美的方程组——麦克斯韦方程组，成为电磁学的集大成者。
起初的麦克斯韦方程组由20多个方程构成，但因与经典力学的冲突未受到重视。麦克斯韦本人未能在有生之年推广这一理论，加上数学发展的局限，未能给出简化版的麦克斯韦方程组。
1884年，奥利弗·赫维赛德和约西亚·吉布斯利用矢量分析重新表述，才形成了我们今天在教科书中看到的仅有四个方程的麦克斯韦方程组。通过这些方程，麦克斯韦以场的概念，通过空间区域的电磁场量(D、E、B、H)和场源(电荷q、电流I)之间的关系，揭示了电场、磁场、电生磁、磁生电的性质。
自麦克斯韦统一电与磁后，电磁力被视作一种基本作用力，其所有定量计算均可被麦克斯韦方程组涵盖，其对人类社会的实际影响远超其他科学理论。
爱因斯坦在引力与电磁力统一方面的努力
1915年11月，数学家希尔伯特在给爱因斯坦的信中指出，普适的麦克斯韦方程组可视作引力场方程的延伸，引力与电磁力本质上是一种力。爱因斯坦在回信中表达了对这一理论的热切期待，希望在引力与电磁力之间建立桥梁。
自1922年起，受麦克斯韦统一电、磁、光的启发，爱因斯坦试图通过一种统一理论来描述引力与电磁力。他采用了几何方式，将黎曼几何的四维时空与电磁场结合，创造出五维时空思想。然而，在每一次看似成功的背后，爱因斯坦都会发现违背常理的差异。
在爱因斯坦探索引力与电磁力统一的同时，物理学家们陆续发现了原子核内的强相互作用力与弱相互作用力，并在其他基本力的统一上取得了突破。20世纪50年代，美国物理学家格拉肖受到杨振宁与李政道宇称不守恒理论的启发，预测电磁力与弱相互作用力是同一种力的不同表现形式。随着量子力学的发展，物理学家们相信，传递力的作用是通过矢量玻色子完成的，光子传递电磁力，W-、W+、Z0传递弱力，这一观点在1983年的欧洲核子研究中心得到了证实。
物理学发展至今，人类已找到了电磁力、强相互作用力、弱相互作用力的作用机理，并构建了统一理论——标准模型。然而，引力仍未被纳入这一体系。
不过，科学家们似乎找到了一条途径，那就是通过量子场论来解释引力，因为在标准模型中，每种基本力都有其媒介粒子。对于引力，物理学家们提出存在引力子作为传递引力的媒介粒子，尽管引力子尚未被发现，但这无疑是人类在探索自然界奥秘道路上迈出的重要一步。