これまでに誰も観測したことがないような現象をはじめて観測しようとする場合とは、たとえば素粒子物理学におけるエネルギーフロンティアの探求や宇宙物理学における深宇宙の探索などが挙げられる。物理学のたいていの分野に未探索な領域は残されている。これまで誰も観測したことのない領域であるから、実際にどのような現象が観測されるかはやってみるまでわからないが、もちろんむやみやたらに実験をすればよいというものではない。たいていの場合は先にある程度の理論的予測があってそれを検証するために行われる。なぜならば、実験を行うには測ろうとする物理量と必要な精度についての具体的なプランが必要だからである。また、場合によっては巨額の資金を必要とするので、無意味な実験を行うわけには行かないという事情もある。ここでひとつ注意しなければならないのは、理論的予測から存在が予言されていたものを実験によって発見できなかった場合、その実験が失敗とは限らないということである。これはすなわちもとの理論自体に何らかの間違いがあった可能性を示唆しており、そのことを示すこと自身に物理学上の意義があるからである。既知の領域.哲学的背景.物理学ひいては科学全体の営みの中で、実験という行為は非常に重要な意味を持っている。そのため科学哲学(科学の意味や正当性について議論する哲学の一分科)においても実験という行為は頻繁に議論の対象となる。例えばポパーの提唱した反証主義においては実験は最重要の位置づけを与えられている。すなわち「反証可能性」(実験によって否定される可能性)を持たない理論は科学理論とは言えない、というのが反証主義であり、現在も疑似科学と科学を分ける判定基準としてよく参照される。また「ヒュームの懐疑」という有名な議論もある。これは次のような議論である。このとき次のように予測することは科学者として自然な行為だろう。すなわち「明日も太陽は東からのぼるだろう」と。しかしこの問題に対してヒュームは次のように主張した。このヒュームの懐疑は「帰納の正当化」の問題として一般化されており、科学哲学の重要なトピックスのひとつを構成している。その他詳細については記事:科学哲学を参照。生涯.人物・逸話.