领导者之一。在他的创新中，为了保持多个活塞平稳地往复运动，还应用了巨大的飞轮。
1824年，物理学家、军事工程师尼古拉斯·莱奥纳德·萨迪·卡诺(1796--1832)撰写了一部热力发动机系统论，名为《卡诺定理》，使他成为热力学之父，并成为热力学第二定律的先驱。卡诺的著作把理论科学融人工程学——热力发动机，以一种实用性的方式推动了工业的发展。他是系统阐述能量守恒定律的先驱之一。
在格拉哥斯大学工作的爱尔兰裔英国物理学家威廉·汤姆森(1824--1907)，把严密的数学模型引人电力的研究，奠定了热力学的基础，并由此荣获开尔文男爵头衔。美国发明家奥蒂斯·塔夫茨(1804--1869)发明了蒸汽驱动的打桩机：美国发明家威廉-奥蒂茨(1813—1839)发明了蒸汽驱动的蒸汽挖掘机，他去世的那年被授予专利权。
理沦方面也取得了重大进展。1870年，奥地利物理学家路德维格·波尔兹曼(1844--1906)为热力学开发了一种统计理论。
麦克斯韦开发了一套方程式，将到那时为止已知电动力学所有知识统一起来，他的著作被描述为“自牛顿以来物理学最伟大的统一”。麦克斯韦的许多贡献包含了气体动理学理论的基础工作，他是爱因斯坦把随机布朗运动归因于原子运动的又一个先驱。他拒绝了牛顿气体分子中静电排斥的观点，认为气体中的压力是由于其中以不同速度运动的分子碰撞所致。并且，他还吸收了波尔兹曼的统计理论。
人们正逐渐认识到，对分子热力学的这些研究，很重要的是一套变量，包括温度、压力和体积，现在，在更加统一的理论中，许多科学家的工作正在正式化。
结果是黑体理论的发展：其他的发展包括熵理论或热寂(假说中认为由于热平衡状态而导致宇甫死亡)。所谓黑体是指温度、压力和其他因素都处于总体平衡的一种理想的能量系统。就实际而言，自然中不可能发生这种情况，因此，黑体状态是一种理想状态。
1900年，许多现代量子论研究者尊崇的德国物理学家马克思·普朗克(1858—1947)，正尝试为德国电气集团解决涉及电灯泡的一系列问题。随着电力的商业化，并月，从更有效的能源获取了更高的能量，从而出现了将热发射原理标准化的需求。
普朗克一登台，就面临经典力学的一个深层次问题。波动的特性之一是，它们依靠波长以一套特殊频率振动。这适用于竖琴弦、钢琴弦和电磁波。这些能量大多存在于较小的波形或波长(较高的频率)中，理论上是无限的。事实上，在经典的电磁学里，这些波形的能量是频率的平方。也就是说，按电磁波谱排列，频率越高，能量越高且趋于无限，术语叫做“紫外线灾难”。普朗克和爱因斯坦都不相信这是电磁波谱的真正特性。1900年，普朗克提出了一个定律，把能量和频率在理想状态下联系在一起，来描述它们在所有实际状态下的性质。
根据普朗克定律，当黑体(理想体，平均状态)的频率上升，那么，能量开始输出。从主观上说，这是用颜色辐射的术语描述的，从480℃模糊微红光晕、730℃橘红、930℃橙黄、1100℃暗黄橙、1300℃黄白，直到1400℃以上白色，在光的可见范围(380纳米～751纳米波长)内。
这对于我们讨论的意义是，普朗克界定了量子的一套能级。量子是拉丁语名词，意为“多少”或“某种程度”。爱因斯坦与这个结果有着密切联系，所以，能量与频率的关系可称为普朗克关系或普朗克一爱因斯坦方程式。约瑟夫·约翰·汤普森1895年的实验，让电流穿过真空，不仅证实电是颗粒，证明了电子的存在，还开启了亚原子科学的大门。
量子力学描述了宇宙中能量(和物质)的性质。首先，它把原子的结构描述为具有固定的(量子)轨道(后来被视为壳或外套)，轨道中电子从最靠近核子开始的有效能呈现能级。
量子力学给大多数粒子以波动和同体的性质，这样，就解决了长期以来存在的意见分歧。到19世纪中叶，量子力学认为电以流体开始而以粒子(电子)结束，但光则以粒子(微粒)开始而以波动结束。
普朗克和爱因斯坦的发现固化了以量子力学为基础的原子科学，而这些又开始在外太空的观测中发挥作用。
丹麦物理学家尼尔斯-波尔(1885--1962)根据量子力学从根本上给原子结构下了定义，并于1922年获得诺贝尔奖。波尔提出了一个原子的观点，认为原子有一点像一个微小的太阳系，只不过是在量子条件下。他把原子描述为以量子能级运行的有轨道的电子，换句话说，原子是不连续的、有轨道的、可预言的能级。波尔预言，一个电子跳到更高的能级会获得能量；而掉到较低的能级则会丢失能量。获得或丢失能量的数量则根据与普朗克常数有关的函数而定。
这最终导致今天的认识：从氢原子的一个电子的轨道开始，由中心向外，一个接一个，全是电子的轨道。在接下来的数十年内，这些观点虽将继续被其他人改进，但却奠定了原子科学的基础。这使得波尔在第二次世界大战中，能与他同辈的科学家合作，从事“曼哈顿”计划。1945年末期，原子科学呈现出最实在的和可能的恐怖方式。当日本的广岛和长崎在数秒之内化为灰烬的时候，这个世俗的世界获得了最大的切实证据。这些看似故弄玄虚的学术知识，不只是有坚实的基础，实际上——它就是现实。
四大元素(土、火、水和风)的古老理论在分子(17世纪发明的术语，意为“一个小障碍”)的概念中模糊而实在地幸存下来。分子代替了在物质世界中作为原料的基本描述符号的元素。分子是融合“原料”的单位，可以由若干相同原子组成，也可以由不同原子的混合物组成。一个氢分子由一个或多个氢原子组成，这是带一个质子和一个电子的基本原子，可见宇宙的80％是由基本原子组成的。另一方面，一个水分子，则由二个氢原子结合一个氧原子(H20)组成。人们一度认为，所有这些“原料”都仅仅是由四种元素(土、火、水和风)的不同组合形成的。到20世纪初，人们懂得了宇宙中的一切“原料”都是由92种自然存在的原子构成的，如元素周期表和它们的同位素(中子加入核子以增加原子量)所述。至此，术语“元素”被拿下这个阶梯，与“原子”同义。1895年，约瑟夫·约翰·汤普森发现了第一个已知的亚原子粒子——电子。现在，全世界对此趋之若骛，正在制造有史以来人类设计的最恐怖的武器——核弹。