然而，随着蒸汽机的出现和工业革命的发展，人们越来越认识到，物理学中定义的所有形式的能量都不是同等有用的：它们不具有相同的能量质量。这种认识导致了热力学定律的发展，在该定律中，宇宙的自由能一直在下降：封闭的宇宙的熵随时间增加。
该电磁理论还成立于19世纪，并提出其不能轻易使用牛顿框架来回答新问题。允许原子解构的现象是在19世纪的最后十年发现的：x射线的发现激发了放射性的发现。第二年发现了第一个亚原子粒子，即电子。
爱因斯坦的相对论和发展量子力学导致替代经典力学与包含两个部分描述不同类型的自然事件的新物理。
在本世纪上半叶，抗生素和人造肥料的发展使全球人口增长成为可能。同时，发现了原子及其核的结构，从而释放了“原子能”。此外，本世纪战争激发了对技术创新的广泛使用，从而引发了运输革命，洲际弹道导弹的发展，太空竞赛和核军备竞赛。
dNA的分子结构是在1953年发现的。1964年发现了宇宙微波背景辐射，导致了对宇宙稳态理论的反对，而反对了乔治·勒梅特的大爆炸理论。
在本世纪下半叶，航天技术的发展使得对天体的其他物体包括登月载人降落进行了首次天文学测量。太空望远镜导致了天文学和宇宙学的众多发现。
在20世纪后半叶，集成电路的广泛使用与通信卫星的结合引发了信息技术的革命，以及包括智能手机在内的全球互联网和移动计算的兴起。对长的，因果关系交织在一起的大量系统化和大量数据的需求导致了系统理论和计算机辅助科学建模领域的兴起，这些领域部分基于亚里士多德范式。
臭氧消耗，酸化，富营养化和气候变化等有害环境问题在同一时期引起了公众的关注，并引起了环境科学和环境技术的兴起。
在人类基因组计划于2003年完成，确定核苷酸碱基对组成的人dNA序列，以及识别和映射所有的人类基因组的基因。诱导多能干细胞于2006年开发，这项技术可使成体细胞转化为能够产生体内发现的任何细胞类型的干细胞，这在再生医学领域可能具有极其重要的意义。
随着2012年希格斯玻色子的发现，发现了由粒子物理学标准模型预测的最后一个粒子。
2015年，首次观测到了一个世纪前通过广义相对论预测的引力波。
现代科学通常分为三个主要分支，包括自然科学，社会科学和形式科学。这些分支中的每一个都包含各种专业的但相互重叠的科学学科，这些学科通常拥有自己的术语和专业知识。自然科学和社会科学都是经验科学因为它们的知识基于经验观察，并且能够由在相同条件下工作的其他研究人员检验其有效性。
还有一些使用科学的紧密相关学科，例如工程学和医学，有时被称为应用科学。