Whitehead utviklet tidlig en interesse for fysikk: hans doktoravhandling for å bli undersøkte James Clerk Maxwells syn på elektrisitet og magnetisme. Allerede her viste han en tilbøyelighet til å se fysiske teorier i et bredere metafysisk lys, noe som ble tydeligere i årene mellom 1910 og 1926 ved University College London og Imperial College London. Han underviste da i fysikk, vitenskapsteori og undervisningsmetoder, samtidig som han kombinerte matematiske og naturvitenskapelige problemstillinger med filosofiske refleksjoner. Han ble innvalgt som i Royal Society i 1903 og i British Academy i 1931.