20世紀に入ってから構築された量子力学は、それまでの測定の考え方に変更を要請した。古典物理学では不可能な素粒子など微細な世界を高い精度で説明する量子力学は、物理量には状態による確率振幅があり、一様ではなく常に変動すると定めている。つまり、物理量の実在値（固有状態の物理量）はどのような観測を持ってしても確認は不可能なものとしている。この解釈は「量子力学の観測問題」として、現代でも論争が起こる課題である。
ケトレーは、天文学における測定結果から誤差を確率論的に処理し客観的な法則を導く手法は、人間集団の行動など社会科学にも適用できると考えた。この思考の結実は1835年に刊行された『人間に就いて』であり、人間に関する法則を測定で導き出す試みとなり、「社会物理学」へ数値化の手法を持ち込んだ。チャールズ・ブースの貧困層の研究もまた同様の手法を社会へ向けた測定の成果と言える。19世紀に興ったこのような自然科学に続く社会科学の動きは、12世紀以来のヨーロッパにおける従来のキリスト教的枠組みの中で思索を重ね、哲学を基本に神学・医学・法学などを修める「科学」とは大きく異なるものであった。また、従来の「科学者」とは神の召命によって選ばれた特別な人間という認識にも変革を与えた。
17世紀に、自然科学は測定を基礎に発展した。ガリレオ・ガリレイは『偽金鑑識官』の中で、宇宙を書物に喩え、その言語は数学で書かれており、手段をもってしか知ることができないと述べた。この知の手段こそ「測定」を指した。ガリレオ自身は敬虔なキリスト教徒であり、この言は神の存在否定を意図してはいなかった。しかし、18世紀には神を介さずに人間が自然と直接向き合うことが意識され、その手段として測定が知の技法として認識されるようになった。オーギュスト・コントはこれら厳密な測定や実験などを重視する「科学」を実証主義の段階に達したものとみなし、それ以前の学問は「非科学」として区分した。物理学者ウィリアム・トムソン（ケルビン卿）は「測定をする事ができない人物の知識は貧弱である」と述べ、測定は知に到達する上で必須な方法論となった。さらに誤差の問題についても、カール・フリードリヒ・ガウスやピエール＝シモン・ラプラスらが天文観測において確率論を用いた対策に取り組み、アドルフ・ケトレーが近代統計学を開闢することで対応と測定結果の説明法を立ち上げた。これらを含む測定方法の向上は近代科学を進歩させる原動力のひとつとなった。
測定がいつどこで始められたかははっきりしないが、数が発明され、その「1」を単位に数えるという行為が測定の始まりとも言える。その後、生活や産業にかかわる単位が定められたが、これらは小国家・地域など限定された範囲でのみ通用するものだった。古代中国の戦国時代でも、度量衡はおろか三進法や十進法など位取り記数法もばらばらだった。これを最初に統一したのが秦の始皇帝（即位：紀元前246年）だった。西欧での統一は、五賢帝時代のローマ帝国（1世紀 - 2世紀）などで行われた。11世紀イギリスのヘンリー1世時代に現在でも用いられる長さの単位ヤードが制定された。1790年にフランスのシャルル＝モーリス・ド・タレーラン＝ペリゴールが提唱した普遍的な物理量基準の必要性に応じ、メートルとキログラムの白金製基準器が製作され、1799年にパリの国立公文書館に収蔵された。この仕事は何度も見直しや変更が加えられ、1954年に採択された国際単位系へ繋がった。
古代においては、7世紀後半頃に律令制の中央・地方間の情報伝達システムとして駅制あるいは駅伝制と呼ばれる交通・通信制度である伝馬制が整備された。律令時代の移動伝達の構想として、駅路と伝路からなる交通網を維持し、それらを利用した駅伝制を整備することにより中央集権を機能させようとしたことが伺われる。すなわち大化2年（646年）の詔勅に「初めて京師を修め、畿内の国司、郡司、関塞、斥候、防人、駅馬、伝馬を置く」（『日本書紀』）とあり、大化の改新に際して、政治・軍事と共に交通制度の全国的整備を行うことを意図したようである。その後、おそらく10世紀以降に古代伝馬制は廃れたが、中世に至り荘園領主や地頭らが居住地と自領を結ぶ伝馬を置きはじめた。戦国時代には、戦国大名らが自領内の街道に宿場を設け、本城と支城などを連絡する伝馬を設置した。近世に入ると、江戸幕府は諸街道を整備し、各宿場に伝馬を常設させた。この駅伝制は、 8世紀に制定・施行された律令において詳細な規定がおかれた。大宝元年（701年）の『大宝律令』の厩牧令（くもくりょう）では、駅の設置は大路30里（約16キロメートル）毎に一駅が原則であった。駅家に置く駅馬は、大路で20疋、中路で10疋、小路で5疋と定められており、諸国の間の緊急連絡、公文書の伝達、特別の要務による官人の旅行などに用いられた。駅馬を使者が利用するには、駅鈴（えきれい・やくりょう）を携行する必要があり、駅使（えきし）とよばれた。駅鈴は、使者の位階によって剋（きざみ）数がことなり乗用の駅馬の数が示され、剋が多ければ利用できる馬数も多くなった。駅制を使った情報伝達には、特定の使者が最終目的地まで赴く専使（せんし）方式と、文書などを駅ごとにあるいは国ごとにリレーで送っていく逓送使（ていそうし）方式があった。8世紀頃は逓送方式が取られ、専使は使者本人の口から文書の補足が必要な場合などに派遣されていた。しかし逓送方式の信頼性が失われていき、9世紀後半以降は、専使方式が中心となった。