一、实验与理论之间的矛盾催生新的科学概念
从对黑体辐射的实验研究到量子理论的提出，我们可以认识到，科学归根结底是实证知识体系，一旦理论与严密的实验结果不一致，无论这种理论的权威性如何，无论这种理论得到多少人、多少年的信奉，作为科学家，都有理由去怀疑理论本身。同时，我们还认识到，科学探索的最终结果是对发现的自然现象做出理论解释，而做出理论解释，不仅需要有严谨的科学态度和理性的质疑精神，更需要有深邃的思考能力和缜密的分析能力，以及理论思维能力。
二、重大科学突破始于凝练科学问题
爱因斯坦的成功不仅在于他把电磁场看做独立的物理存在，并认为“以太”假说是多余的，最重要的是，他提出了“同时的相对性”这一关键的科学问题。爱因斯坦在《论动体的电动力学》（1905）中，通过严密分析后指出，同一地点发生的两个事件的同时性是不依赖于观察者的，而异地发生的两个事件的同时性则是依赖于观察者的，只有指明相对哪个观察者而言才有意义。同时的这种相对性，我们在日常生活中几乎观察不到，观察者的运动速度只有接近光速才能发现。爱因斯坦借助于同时的相对性概念，通过光速恒定和相对性两条原理，推导出狭义相对论的主要结论。它的进一步发展是广义相对论（1915）和统一场论，爱因斯坦以其相对论研究的三部曲向物理学的同行展示了他非凡的科学思维创造力。
三、科学想像力需要严谨的实验证据支持
我们从爱因斯坦的相对论、宇宙大爆炸理论和地球磁场理论的提出与完善过程中可以看到，在科学的发展中，解决问题固然是重要的，而提出重要的科学问题似乎更重要。提出问题是科学研究的前提，提出重要的科学问题更能昭示科学所蕴含的创造性。有时，一个重要科学问题的提出甚至能够开辟一个新的研究领域和方向。提出问题，需要对已有知识的透彻理解，需要热爱真理胜过尊重权威的科学态度，需要极强的观察和洞察能力，以及创造性的思维能力，同时，还需要敢于创新的勇气和信心。
四、自然科学需要数学语言
在20世纪，物理学与数学的紧密关系远非其前的3个世纪所能比，并且越来越显示出数学与物理学的内在一致。例如，非欧几里得几何学与广义相对论，希尔伯特空间与量子力学，微分几何学与规范场论，这一切都预示着似乎数学早就提前为物理学准备了它所需要的工具。另一方面，物理学不仅使数学家们面临大量新的数学问题，而且能够引领着他们朝着意想不到的方向前进。物理学家狄拉克（P. A. M. Dirac，1902～1984）和费曼提出的路径积分与泛函的内在联系，使得费曼积分的严格数学成为21世纪重要的数学问题之一；统计物理学与概率数学的内在联系，逐渐使得相变数学理论成为统计物理严格数学基础的核心问题之一。今天，我们对生命科学的数学化要有充分的思想准备，数学与生命科学的关系必将随着理论生物学的成长而越来越密切。不仅生命科学要去利用那些为描述生命现象提前准备了的数学工具，数学也要沿着生命科学提出的那些意想不到的方向前进。
五、新仪器的发明为科学打开新的窗口
人类最早用眼睛观察，后来出现了光学望远镜和显微镜。它们在20世纪分别发展为射电望远镜和电子显微镜。但20世纪发明的最重要仪器是粒子加速器和电子计算机。加速器是人类认识微观世界的工具，电子数字计算机则成为人类智力的重要辅助工具。在科学已经越来越依赖于研究手段的今天，实验手段的进步为科学打开新的窗口，不仅有助于理论的突破，甚至可以改变科学家的思路，开辟新的研究领域。任何轻视实验手段和方法论的思想，都可能使科学研究处于停滞或陷入困境。
六、物理学与生命科学的相互作用
物理学与其他自然科学学科的交叉和相互作用，曾经产生并形成了化学物理学、生物物理学和心理物理学，以及天体物理、地球物理、大气物理、海洋物理和空间物理等诸多交叉学科。但这种交叉和相互作用最突出的表现还在于，20世纪的生命科学在物理学的基础上发生了革命性的变化，即DNA双螺旋结构的发现及其广泛和深远的影响。生命科学的这种革命性的变革是物理学、化学和生物学等学科相互交叉、相互作用的产物，在这一过程中，物理学的概念和方法起到了重要作用，物理学家深入到生命科学领域进行探索，做出了重要的贡献。
七、社会需求的拉动及科学与技术的互动
半导体、集成电路和纳米科技的发展表明，导致科技进步的动力不仅来自于科学家和工程师的创造欲，而且来自于社会需求的拉动。自第二次世界大战以来，社会需求对科学发现和技术发明的拉动作用越来越大。这就要求我们科技人员和科技管理人员，摈弃封闭的经院式思考方式和管理方式，密切与社会的联系，准确把握社会的需求，有效而有针对性地推动科技进步和创新。特别是对于我们这样一个急需利用有限的科技资源推动现代化建设的发展中国家的科技人员来说，更要如此。
八、物理学的魅力及其未来
物理学的魅力不仅体现在其物化成果可以极大地改变人类的文明，尤其需要指出的是，物理学，特别是现代物理学，彰显出科学给人类带来的认知能力上的升华。物理学从纷杂的事物中抽象出物质的统一特性，更正了我们日常的肤浅认识，透过表象为我们揭示出物质本质上的奇妙特征，并且借助数学和逻辑，做出了最为理性、简洁的物理表述。物理学在为我们解释周边物质世界的同时，也为我们营造出内容丰富、思维缜密、不断创新、妙趣无穷的理论、方法与实验体系。
路甬祥院长在文章的最后指出，当代科学发展的态势和社会对科学的迫切需求，将在很大程度上影响科学未来发展的方向及其特征。一些传统学科仍将保持相当的独特性，物理科学作为整个自然科学发展的基础地位一时还不会动摇，但是科学的学科结构重心将转移到生命领域；数学科学作为数与形的科学，其简洁、精确和优美的表述方法将在自然科学、应用技术与人文社会科学中得到更为广泛的利用；信息技术作为研究与知识信息交流、传播的技术手段，会随着自身的发展及其与其他领域的结合不断进步，并通过广泛的渗透而促进其他领域的发展；各自然系统的研究及自然科学与人文社会科学之间的结合将成为跨学科研究的生长点，它们的发展和广泛运用，都将有力地推动学科间的整合和交叉科学的诞生与繁荣。（摘自科学出版社出版的《2006科学发展报告》）
