マクスウェルの理論の成果は、その頃見つかり始めていたいくつかの欠陥によって崩れつつあった。マイケルソン・モーリーの実験では、エーテルに対する地球の運動の角度の変化から期待される光速のぶれが検出できなかった。ヘンドリック・ローレンツは、エーテルは圧縮された物質であり、そのため検出できないのだと説明した。一方、波の予期しない形が発見され始めた。ウィルヘルム・レントゲンは1895年にX線を発見し、1896年にはアンリ・ベクレルがある種の物質は自発的に放射線を放出することを発見した。マリー・キュリーとピエール・キュリーは、このような性質を持つ物質を放射性物質と呼び、ラジウムとポロニウムという放射性元素を単離した。アーネスト・ラザフォードとフレデリック・ソディは、ベクレルの放射線を電子とヘリウム原子核であると同定した。1911年、ラザフォードは、原子の質量のほとんどは正の電荷を持った原子核に集中しているが、これは理論的には安定でないことを確かめた。放射線と放射性崩壊の研究は、1930年代を通じて物理学や化学の分野で競って研究された。この頃に発見された核分裂は「原子力」と呼ばれるようになる新しいエネルギーの実用化への道を開いた。同じ頃、革新的に新しい物理学の理論が生まれ始めていた。1905年、当時ベルンの特許局職員であったアルベルト・アインシュタインは、光速はあらゆる慣性系で一定であり、電磁気学の法則は慣性系とは独立に通用するとし、時間や長さの観測は、測定される物体に対する観測者の運動に依存して変化すると主張した（これは特殊相対性理論と呼ばれる）。また、質量とエネルギーは、E=mc2という方程式に従って相互変換可能な量であることも示した。同じ年の論文で、アインシュタインは電磁放射は、黒体放射を正確に記述するために1900年にマックス・プランクが仮定した定数に従って、離散量（量子）で伝達されることを主張した。デンマークの物理学者ニールス・ボーアは、1913年にこの同じ定数をラザフォードの原子模型の安定性と水素原子から放出される光の周波数を説明するために用いた。
同じ頃、ガリレオらによって始まった実験の伝統も存続していた。イギリスの王立協会とフランス科学アカデミーがその中心であり、1704年の著書『光学』Opticksで白色光をプリズムによってスペクトルに分ける実験を紹介したニュートンは、実験分野においても影響力の強い人物だった。力学、光学、磁性学、静電気学、化学、生理学等の実験は、18世紀には互いに明確には分かれていなかったが、理論科学と実験科学の間には方向性に大きな差異が生じてきた。例えば化学の実験では、化学結合における抽象的なニュートン力の理論の構築に向かうのではなく、化学物質の単離や化学反応の分類に焦点が当てられるようになった。ただし電流、カロリック説、フロギストン説等の重さのない流体を扱う理論では、理論と実験の結びつきは残っていた。これらの概念を現実の流体と見なすと、その流れは力学装置や化学反応を通して追うことができる。この分野での実験は、ライデン瓶やボルタ電池等の新しい種類の実験機器や熱量計等の新しい計測機器の開発や温度計等の旧来の機器の改良に繋がった。また、グラスゴー大学のジョゼフ・ブラックによる潜熱やフィラデルフィアの科学者ベンジャミン・フランクリンによる正負の電荷等、新しい概念が登場した。18世紀初頭には、運動におけるニュートンの原理のような静電気学や磁性学における絶対的な理論を探すことが重要な課題であったが、成し遂げた者はいなかった。19世紀初めに実験の伝統が広く根付き、新しく設立された王立協会のような機関でそれが洗練されてくると、この不可能はゆっくりと解消していった。王立協会では、ジョン・ドルトンが化学の原子論的解釈を提案し、トーマス・ヤングが光の波としての解釈を提案し、マイケル・ファラデーがファラデーの電磁誘導の法則を確立した。その一方で、論理的力学の分析法は実験的現象にも適用され始めた。その顕著な例がフランスの数学者ジョゼフ・フーリエが1822年に発表した熱の流れについての分析法である。
1954年に日本電信電話公社電気通信研究所によってアナログ携帯電話の系譜につながる移動電話システムの研究が開始された。研究所無線課の岩井文彦、森永隆廣が中心となってシステムの開発が行われた。1961年には手動交換式の自動電話システムが誕生した。1966年には全自動交換方式、ハンドオーバー可能な本格的な自動車電話方式の開発に着手。1967年には全自動交換方式に改良した、16無線チャネルを使ってのハンドオーバーを可能とした世界初の本格的な民間用自動車電話として開発を完了した。しかし、当時使用可能であった400MHz帯では帯域が狭く加入者容量が十分でないとの判断で、民間用としてはサービスが見送られ、1970年に都市災害対策用の持ち運び式の電話システムとして東京23区に導入された。その後、より広い帯域を確保するために800MHz帯が開発され、民間用としては世界で初めて1979年12月3日に本格的な自動車電話サービスが開始された。収容可能移動局を増やすため、一つの基地局あたりのカバー範囲を半径数km程度にする電波の利用効率の良い小ゾーン方式とし、帯域の広い800MHz帯を使用し、ハンドオーバーを可能にしたものである。当時機器類はすべて電電公社からのレンタル品であり、保証金20万円のほか、月額基本料3万円、通話料が6秒で10円と、非常に高額であった。このため、当初は大手企業の社長など経営幹部の社用車に設置され、後部座席に座る幹部と本社の緊急ビジネス連絡用に使用された。自動車電話は自動車のバッテリーから電装品として給電されるが、その電源を電話機に搭載し可搬式としたものがショルダーホンである。1980年代に登場した携帯電話の原型となる受話器型の機種は大振りであり、1991年に超小型機種シリーズの「mova」が登場する以前の移動体通信は、ショルダーホン・自動車電話およびポケットベルが主流の時代であった。別冊宝島には1985年のサブカル・流行の1つとしてショルダーホンが紹介されている1993年にPDC方式の「デジタルmova」の登場により自動車電話も「デジタルカーホン」シリーズとなる。2002年7月にNTTドコモの当時社長であった立川敬二が不採算となっている自動車電話サービスを終了することを示唆したが、機種の販売を継続してきた。しかし、2008年11月末にmovaサービスともども自動車電話も新規申込みを終了。2009年1月にやはりmovaともどもサービス自体を2011年度いっぱいで終わらせることが発表された。2009年7月31日には自動車電話などの新規レンタル申し込みも終了し、予定通り2012年3月31日にサービスを終了した。