Создание релятивистской, а затем и квантовой физики привело к необходимости пересмотра методологических установок классической физики. Представим в систематическом виде методологические установки неклассической физики:

• Признание объективного существования физического мира, т.е. его существования до и независимо от человека и его сознания. В отличие от классической физики, которая рассматривала мир физических элементов как качественно однородное обра­зование, современная физика приходит к выводу о наличии трех качественно различающихся структурных уровней мира физи­ческих элементов: микро-, макро- и мегауровней.
• Явления микромира, микропроцессы обладают чертами це­лостности, необратимости и неделимости, которые приводят к качественному изменению представлений о характере взаи­мосвязи объекта и экспериментальных средств исследования.
• Причинность как один из элементов всеобщей связи и взаимо­обусловленности вещей, явлений, событий материального мира присуща и микропроцессам. Но характер причинной связи в микромире отличен от механистического детерминиз­ма. В области микроявлений причинность реализуется через многообразие случайностей, поэтому микропроцессам свойствен­ны не динамические, а статистические закономерности.
• Микроявления принципиально познаваемы. Получение пол­ного и непротиворечивого описания поведения микрочастиц требует выработки нового способа познания и новых методо­логических установок познания.
• Основа познания — эксперимент, непосредственное матери­альное взаимодействие между средствами исследования субъ­екта и объектом. Так же, как и в классической физике, исследо­ватель свободен в выборе условий эксперимента.
• Кардинальные изменения в методологии неклассической физики по сравнению с классической связаны с зависимостью описания поведе­ния физических объектов от условий познания. В релятивистской физике — это учет состояния движения систем отсчета при признании постоянства скорости света в вакууме. В квантовой физике — фундаментальная роль взаимодействия между мик­рообъектом и измерительным устройством, прибором. Неклас­сическая физика характеризуется, по сути, изменением познаватель­ного отношения субъекта и объекта. В квантовой физике оно фик­сируется принципом дополнительности.
• Если в классической физике все свойства объекта могут определиться одновременно, то уже в квантовой физике существуют принципиальные ограничения, выражаемые принципом неопределенности.
• Неклассические способы описания позволяют получать объективное описание природы. Необъективность знания не должна отождествляться с наглядностью. Создание механической наглядной модели вовсе не синоним адекватного физического объяснения исследуемого явления.
• Физическая теория должна содержать в себе не только средства для описания поведения познаваемых объектов, но и средства для описания условий познания, включая процедуры исследования.
• В неклассической физике, как и в классической, игнорируется атомная структура экспериментальных устройств.
• Структура процесса познания не является неизменной. Качественному многообразию природы должно соответствовать многообразие способов ее познания. На основе неклассических способов познания (релятивистского и квантового) со временем должны сформироваться другие новые способы познания.

Во второй половине XX в. основное внимание физиков обращено на создание теорий, раскрывающих с позиций квантово-релятивистских представлений сущность и основания единства четырех фундаментальных взаимодействий — электромагнитного, «сильного» - «слабого» и гравитационного. Эта задача одновременно является задачей создания единой теории элементарных частиц (теории структуры материи). В последние десятилетия созданы и получили эмпирическое обоснование квантовая электродинамика, теория электрослабого взаимодействия, квантовая хромодинамика (теория сильного взаимодействия), есть перспективы на создание единой теории электромагнитного, «слабого» и «сильного» взаимодействий. Физики ожидают, что в отдаленной перспективе к ним должно быть присоединено и гравитационное взаимодействие. Таким образом, естествознание в настоящее время находится на пути к реализации великой цели — созданию единой теории структуры материи.