元代物理学总的水平与宋代大体相当，在某些领域，则有进一步的发展和更深的认识。
第一节 力学、热学和声学知识
大气压力（压强）、水力及风力的利用
元代，利用虹吸现象制成的排灌器具已在农业生产中得到广泛的应用。
在王祯《农书》中有关于“连筒”的描述：“连筒，以竹通水也。凡所居相离水泉颇远，不便汲用，乃取大竹内通其节，令本末相续，连延不断，阁之平地或架越涧谷，引水而至。又能激而高起数尺，注之池沼及庖湢之间，如药畦蔬圃亦可供用。”陶宗仪在《辍耕录》记载了元大都的宫廷园林中，利用虹吸管及其他提水装置将水升高，造成人工喷泉的情形：“万寿山在大内西北，太液池之阳，金人名琼花岛。中统三年修缮之，至元八年赐今名。其山皆叠玲珑石为之，峰峦隐映，松桧隆郁，秀若天成。引金水河至其后，转机运大，汲水至山顶，出石龙口，注方池，伏流至仁智殿后，有石刻蟠龙，昂首喷水仰出，然后由东西流入太液池。”1农业生产中利用风力也很普遍。如在耶律楚材的《西域河中十咏》其六，就有这样的诗句与自注：“冲风磨旧麦（西人作磨，风动机轴以磨麦），悬碓杵新粳（西人皆悬杵以舂）。”2测定液体浓度的方法元代后，测试盐卤的浓度多用莲子，而且随着制盐业的发展，测定方法更加精细了。陈椿在《熬波图》中说到：“要知卤之咸淡，必用莲管秤试。如四莲俱起，其卤为上。..莲管之法，采石莲先于淤泥内浸过，用四等卤分浸四处：最咸■卤浸一处，三分卤浸一分水浸一处，一半水一半卤浸一处，一分卤浸二分水浸一处。后用一竹管盛此四等所浸莲子四枚于竹管内，上用竹丝隔定竹管口，不令莲子漾出。以莲管汲卤试之，视四管莲子之浮沉以别卤咸淡之等。”3这里所述的方法是：先把莲子分别浸泡在已知浓度的四种盐水中（咸水所占比例分别为100％、75％、50％和33％），然后把这四种莲子浸入未知浓度的盐水中，根据这些莲子的浮沉情况即可判断盐水的浓淡程度。这种方法十分合乎科学原理，浸泡过的莲子恰如浮沉子，可以定量地测出盐卤的浓度。
热胀冷缩实验1王祯：《农书》卷十八《农器图谱》十三《灌溉门》。
1陶宗仪：《辍耕录》卷二一“宫阙制度”。
2耶律楚材：《湛然居士集》卷六。
3陈椿：《熬波图》卷下“淋灰取卤”。
元代陶宗仪进行过热胀冷缩的实验。把一玉轴塞进另一加热后的玉的孔洞之中，两者可以像“辘轳旋转，无分毫缝罅”。他认为这是后一物体“煮之胖胀”的缘故。1振动的音乐效果我国自古就重视乐器的制作及其声学和音律学性质，历代研究者不乏其人。宋代沈括科学地解释了古代乐钟所以是扁形的道理。元代吾丘衍在《闲居录》中也指出：“古人制乐，皆用律尺九，九九八十一分，琴、瑟、钟、磬：箫、管等皆准之，故八音克谐。后世琴瑟太长，长则声缓；笙不用匏而用木，木实而声过清；钟太圆，圆则声清而摇，故不协也。”这里已认识到，琴瑟的弦不能太长，否则声音过于低缓；笙不能用木制，否则声音过于清亮；乐钟不能用圆钟，否则声音清亮而不稳定，亦即声波易相互干扰而不协调。1陶宗仪：《辍耕录》卷二三。
第二节 光学实验
针孔成像的实验研究
元代，赵友钦进行了关于针孔成像的大型实验1，并总结在他的《革象新书》卷五的“小罅光景”一节中。首先，他利用壁间小孔成像，观察日光、月光通过大小与形状不同的壁间小孔时，所成（倒）像的大小浓淡随屏的位置而变化的情形。然后，他设计并进行了大型实验：以楼房为实验室，分别在楼下两个相邻房间的地面上各挖一个直径四尺余的圆井，右井深四尺，左井深八尺。根据实验需要，左井中可另放一张四尺高的桌子。作两块直径四尺的圆板，每块板上密插一千多支点燃的蜡烛，放在井底或桌面上作为光源。两个井口分别用中心开孔的板遮盖。以楼板为固定的像屏。实验分五个步骤进行：（1）保持光源、小孔与像屏三者距离不变，观察中心开孔甚小但大小稍有不同时两处的成像；（2）改变光源强度，即改变点燃蜡烛的支数；（3）改变像距，即另用两片大木板水平挂在楼板下作为像屏，改变像屏的高度；（4）改变物距，即移去左井中的桌子，把点燃的蜡烛置于井底；（5）改变孔的大小和形状，即更换盖在井口的中心开孔不同的木板。他详细研究了各种情况下成像的规律。关于针孔成像及照度实验（前四个步骤）的结果，赵友钦指出：“景之远近在窍外，烛之远近在窍内。凡景近窍者狭，景远窍者广。烛远窍者景亦狭，烛近窍者景亦广。景广则淡，景狭则浓。烛虽近而光衰者，景亦淡；烛虽远而光盛者，景亦浓。由是察之，烛也、光也、窍也、景也四者消长胜负皆所当论者也。”也就是说，物距、像距、光源强度和孔窍都影响像的大小与浓淡。关于小孔成像和大孔成像（第五个步骤）的实验结果为：在光源为日、月的情况下，因小孔“不足容日、月之体”，故像“随日、月之形”；因大孔“可容日、月之体”，故像随孔之形。在光源为“千烛”情况下，因小孔“不睹一井之全”，故像随千烛之形；因大孔“总是一井之景”，故像随孔之形。赵友钦总结说：“是故小景随光之形，大景随空之像，断乎无可疑者。”即孔大时，所成的像与孔的形状相同；孔小时，所成的像与光源的形状相同。赵友钦的实验是中世纪最大型的光学实验，其研究方法是科学的，见解也是正确的。他通过一系列的实验，对小孔（形状和大小）、光源（形状和强度）、像（形状和亮度）、物距、像距等因素之间的关系进行了规律性的探讨。
关于圆球受光及视角的认识赵友钦也曾用实验模拟研究了月亮的盈亏。他指出：“若遇望夜则日月躔度相对，一边光处全向于地，普照人间；一边暗处全向于天，人所不见。”之后月相逐渐变小，“（日月）渐相近而侧相映，则向地之边光渐少矣。”至晦朔，“日月同经，为其日与天相近，月与天相远。故一边光处全向于天，一边暗处却向于地。”之一后月相逐渐变大，“（日月）渐相远而侧相映，则向地之边光渐多矣。”最后他指出：“月体本无圆缺，乃是月体之光暗，1参阅王锦光：“赵友钦及其光学研究”，载《科技史文集》第12辑，页94—99，1984年；王锦光、洪震寰：《中国光学史》，页79—91，湖南教育出版社1986版。
半轮转旋，人目不能尽察，故言其圆缺耳。”（见《革象新书》卷三的“月体半明”一节）他的解释很科学而通俗。
赵友钦在《革象新书》中还指出：“远视物则微，近视物则大”（卷二的“天地正中”节）；“近视则虽小犹大，远视则虽广犹窄”（卷三的“月体半明”节）。这些都是关于视角方面的问题，其论述也是符合实际的。关于透光镜西汉时就已出现透光镜，由于其特殊的光学效应，很早就引起了人们的兴趣，沈括《梦溪笔谈》中已有明确记载，宋元之际周密的著作中也有关于透光镜的记述：“透光镜，其理有不可明者，前辈传记仅有沈存中（沈括）《笔谈》及之，然其说亦穿凿。..凡对日映之，背上之花尽在影中，纤悉毕具，可谓神矣！”1但是周密并未涉及透光镜的制作及原理问题。
吾丘衍在《闲居录》中写下了他的看法：“世有透光镜，似有神异，对日射影于壁，镜背文藻于影中一一皆见，磨之愈明。因思而得其说。假如镜背铸作盘龙，亦于镜面窾刻作龙，如背所状，复以稍浊之铜填补铸入，削平镜面，加铅其上，向日射影，光随其铜之清浊分明暗也。昔徐生操示余，因以告之。后数日，家志行取去，忽坠地而碎，痕迹并见，果不出所度云。昔沈存中（沈括）《笔谈》尝载此镜，而不得其说，因记之。”这段话反映出吾丘衍对于镜面材质不同而反射率有所不同这一透光原理的进一步认识，同时他的解释及对其制作方法的猜测，因一面透光镜“忽坠地而碎，痕迹并见”而得到证实。
近年已通过实验证明，铸制透光镜有多种方法，如所谓“加热法”，即如沈括所推测的，在铸镜过程中，因镜各部分厚薄不同造成冷却快慢不同，使得各处收缩率有差别，结果镜面产生细微的曲率差异；“补铸法”，即如吾丘衍所记述的，铸镜时先将镜面依背面的图案铸成空凹状，然后以另一成份的铜填补铸入，使得镜面的材质有所不同；以及“磨刮法”，即镜铸成之后用磨刮的方法把镜面磨光，使镜面亦形成微小的曲率差异。以上三种方法确实都能制成透光镜。
1周密：《癸辛杂识》续集卷下“透光镜”条。
第三节 电和磁物体的导电性
元代时，人们继续观察到不同性质的物体遭雷击后的情况。如杨瑀曾提到：“钱塘韩介石，巨室也。延祐夏，忽风雨骤至，令庖僮往楼上闭窗。雨过，不见此僮，楼上寻之，则已毙矣。因取所带刀而敛之，绦鞘皆如故，刀刃则销铄过半。事为《笔谈》所载：内侍李舜举家暴雷所震，人以为堂屋已焚，窗纸皆黔，有一宝刀极钢坚，就刀室中镕为汁，而室俨然。二事皆相同，此理殊不可强解也。”1元代人们仍只观察和记载了有关雷电的现象，但还不可能从电学知识方面加以理解。
指南针及其应用元代也有类似于沈括在《梦溪笔谈》中关于磨制磁针和安置磁针的记述。如程棨在《三柳轩杂识》中写道：“阴阳家以磁石引针定南北，每有子午丙壬之异。按《本草衍义》：磁石磨针锋则能指南，然常偏东，不全南也。其法新纩中独缕，以半芥子蜡缀于针腰，无风处垂之，则针常指南。以针横贯灯心，浮水上，亦指南。然常偏丙位，盖丙为土火，庚辛金受其制所致，故知是物类相感耳。”但没有更深的认识。
指南针在元代已成为海上导航最重要的仪器，不论昼夜阴晴，都要利用指南针来辨别方向。此外，为海上航行还特别编制有“罗经针簿”，船行某处，应采用何针位，都一一标识明白，作为航行的依据。在《真腊风土记》（周达观著）、《海道经》、《大元海运记》等著作中，都有关于根据罗经针位确定航线的明确记载。
1杨瑀：《山居新语》卷四。
