亚里士多德在《物理学》一书中讨论了自然哲学、存在的原理、物质与形式、运动、时间和空间等方面的问题。他认为要使一个物体运动不止，需要有一个不断起作用的原因。亚里士多德还有一部书叫做《论天》。这两部书是密切联系着的；第二部书的论证就是从第一部书所留下来的论点开始的。两部书都极有影响，并且一直统治着科学直到伽利略的时代为止。像“第五种本质”“月球以下”这些名词，就都是从这两部书所表达的理论里得来的。因此哲学史家就必须研究这两部书，尽管事实上以近代科学的眼光看来，其中几乎没有一句话是可以接受的。
理解亚里士多德的物理学观的前提是了解他们在想象方面的背景。每一个哲学家除了他向世界所提出的正式体系以外，还有着另一种更简单得多的、可能为他自己所完全不曾察觉到的体系。纵使他察觉到它，或许他认识到这是行不通的；所以他就把它隐藏起来而提出某种更为诡辩的东西，他相信那种东西，因为那种东西有似于他的未曾加工的体系，他也要求别人接受那种东西，因为他相信他已经把它弄得不可能再加以反驳了。这种诡辩是靠着对反驳的反驳而达到的，但是单凭这一点却是永远也得不出正面的结果来的：那最多只表明一种理论可能是真的，但却非必定是真的。正面的结果（无论一个哲学家所意识到的是何等地微少）都是从他想象之中预先就有的观念里面，或者是如桑塔雅那所称之为“动物的信仰”里面得来的。
对物理学，亚里士多德在想象方面的背景与一个近代学者在想象方面的背景是大不相同的。今天一个小孩子一开始就学力学，力学这个名字的本身就提示着机械。他已经习惯于汽车和飞机了；甚至在他下意识想象的最深处，他也决不会想到一辆汽车里会包含有一种马，或者一架飞机的飞行乃是因为它的两翼是一只具有神奇力量的飞鸟的两翼。动物，在我们对于世界的想象图画里，已经丧失了它们的重要性；人在这个世界里，已经比较能独立地作为是一个大体上无生命而且大致能够驯服的物质环境的主人了。
希腊人试图对运动做出科学解说，纯粹的力学观点几乎从来也不曾得到过暗示。看来只有两套现象才是重要的，即动物的运动与天体的运动。在近代科学家看来，动物的身体是一架非常精致的、具有异常复杂的物理－化学结构的机械；每一项科学的新发现都包含着动物与机械之间的表面鸿沟的缩小。但在希腊人看来，则把显然是无生命的运动同化在动物的运动里面，却似乎更为自然。今天一个小孩子仍然在用自身能不能运动的这一事实，来区别活的动物与其他的东西；在许多的希腊人看来，特别是在亚里士多德看来，这一特点本身就提示了物理学的普遍理论的基础。但是天体又是怎样的呢？天体与动物的不同就在于它们运动的规则性，但这可能仅仅是由于它们优异的完美性所致。每一个希腊哲学家无论成年以后是什么想法，但都是从小就被教导要把日月看作是神的；阿那克萨哥拉曾被人控诉为不敬神，就因为他教导说日和月并不是活的。当一个哲学家不再把天体的本身看作是神明的时候，他就会把天体想成是由一位具有希腊人的爱好秩序与几何的简捷性的神明意志在推动着；这也是十分自然的。于是一切运动的最后根源便是“意志”：在地上的便是人类与动物的随心所欲的意志，在天上的则是至高无上的设计者之永恒不变的意志。我并不提示说，这一点就可以适用于亚里士多德所谈到的每一个细节。这里所要提示的是，这一点提供了亚里士多德在想象方面的背景，并且代表着（当他着手研究时）他会希望是真实的那种东西。
亚里士多德的著作中，物理学（physics）这个字乃是关于希腊人所称为“phusis”（或者“physis”）的科。这个字被人译为“自然”，但是并不恰好等于我们所赋予“自然”这个字的意义。我们仍旧在说“自然科学”与“自然史”，但是“自然”其本身，尽管它是一个很含糊的字，却很少正好意味着“phusis”的意义。“phusis”是与生长有关的，我们可以说一个橡子的“自然”（“性质”）就是要长成为一棵橡树，在这种情况下我们就是以亚里士多德的意义在使用这个字的。亚里士多德说，一件事物的“自然”（“性质”）就是它的目的，它就是为了这个目的而存在的。因而这个字具有一种目的论的涵义。有些事物是自然存在的，有些事物则是由于别的原因而存在的。动物、植物和单纯的物体（元素）是自然存在的，它们具有一种内在的运动原则。（被译作“运动”的这个字，有着比“移动”更为广泛的意义；除了移动而外，它还包括着性质的变化或大小的变化。）自然是运动或者静止的根源。如果事物具有这种内在原则，它们便“具有自然（性质）”。“按照自然”这句成语，就适用于这些事物极其本质的属性（正是由于这种观点，所以“不自然”就用以表示谴责。）。自然存在于形式之中而不是存在于质料之中；凡是潜存的血肉就都还不曾获得它自己的自然（性质），唯有当一件事物达到充分发展的时候，它才更加是它自己。整个的这一观点似乎是由生物学所启发的：橡子就是一颗“潜存”的橡树。
自然是属于为了某种东西的缘故而起作用的那类原因的。这就引到了一场关于自然并没有目的而只是由于必然而行动着的那种观点的讨论；与此相关，亚里士多德还讨论了为恩培多克勒所教导过的那种形式的适者生存的学说。他说这不可能是对的，因为事物是以固定的方式而发生的，并且当一个系列完成的时候，则此前的一切步骤就都是为了这个目的。凡是“由于连续不断的运动，从一个内在的原则发源而达到某种完成”的东西都是“自然的”。整个这一“自然”观，尽管它似乎是很值得称道地能适用于解释动物与植物的生长，但在历史上却成了科学进步的最大障碍，并且成了伦理学上许多坏东西的根源。就这后一方面而论，它至今仍然是有害的。
亚里士多德认为运动就是潜在着的东西正在实现。这一观点除了有许多缺点以外，也与移动的相对性不相容。当A相对于B而运动的时候，B也就相对于A而运动。要说这两者之中有一个是运动的而另一个是静止的，这乃是毫无意义的话。当一条狗抓到一块骨头的时候，常识上似乎以为狗是在运动而骨头则是静止的（直到骨头被抓住时为止），并且以为运动有一个目的，即要实现狗的“自然”（“性质”）。但实际的情形却是，这种观点并不能应用于死的物质，并且对于科学的物理学的要求来说，“目的”这一概念是完全没有用处的，任何一种运动在严格的科学意义上，都只能是作为相对的来加以处理。
亚里士多德反对留基波和德谟克里特所主张的真空。随后他就过渡到一场颇为奇特的关于时间的讨论。他说可能有人说时间是并不存在的，因为时间是由过去和未来所组成的，但是过去已经不复存在而未来又尚未存在。然而，他反对这种观点。他说时间是可以计数的运动。（我们不清楚，他为什么要把计数看成是根本性的）。他继续说我们可以问道，既然除非是有一个人在计数，否则任何事物便不可能计数，而时间又包含着计数；那么时间若不具有灵魂究竟能不能存在呢？看来亚里士多德似乎把时间想成是许多的时日或岁月。他又说有些事物就其并不存在于时间之内的意义而言，则它们是永恒的，他所想到的大概也是数目之类的东西。
亚里士多德认为运动一直是存在着的，并且将永远存在；因为没有运动就没有时间，并且除了柏拉图以外，所有的人都同意时间不是被创造的。《物理学》一书以关于不动的推动者的一段论证而结束，这一点我们在谈到《形而上学》时已经考察过了。有一个不动的推动者在直接造成着圆运动。圆运动是原始的一种运动，并且是唯一能够继续无限的一种运动。第一推动者既没有部分也没有大小，并且存在于世界的周围。得出了这个结论之后，我们再来看天体。
《论天》这部著作里提出了这样一种理论：在月亮以下的东西都是有生有灭的；自月亮而上的一切东西，便都是不生不灭的了。大地是球形的，位于宇宙的中心。在月亮以下的领域里，一切东西都是由土、水、气、火四种元素构成的，但是另有一个第五种元素是构成天体的。地上元素的自然运动是直线运动，但第五种元素的自然运动由火构成的，而是由则是圆运动。各层天都是完美的球形，而且越到上层的区域就越比下层的区域来得神圣。恒星和行星不是第五种元素构成的。它们的运动乃是由于它们所附着的那些层天球在运动的缘故。
地上的四种元素并不是永恒的，而是彼此互相产生出来的——火就其自然运动乃是向上的这种意义而言，便是绝对的轻；土则是绝对的重，气是相对的轻，而水则是相对的重。这种理论给后代准备下了许多的困难。被人认为是可以毁灭的彗星就必须划归到月亮以下的区域里面去，但是到了17世纪人们却发现彗星的轨道是围绕着太阳的，并且很少能像月亮距离这么近。既然地上物体的自然运动是直线的，所以人们就认为沿水平方向发射出去的抛射体在一定时间内是沿着水平方向运动的，然后就突然开始垂直向下降落。伽利略发现抛射体是沿着抛物线而运动的，这一发现吓坏了他的亚里士多德派的同事们。哥白尼、开普勒和伽利略在奠定地球不是宇宙的中心，而是每天自转一次、每年绕太阳旋转一周的这一观点时，就不得不既要向圣经做战，也同样要向亚里士多德挑战了。
亚里士多德的物理学与本来系由伽利略所提出的牛顿“运动第一定律”是不相符的。牛顿的运动第一定律认为，每个物体如果已经是在运动着的话，则当其自身不受外力作用时就将沿直线作等速运动。因此就需要有外部的原因，并不是用以说明运动而是用以说明运动的变化，无论是速度的变化、还是方向的变化。亚里士多德所认为对于天体乃是“自然的”那种圆周运动，其实包含着运动方向的不断变化，因此按照牛顿的引力定律，就需要有一种朝向圆心而作用着的力。
最后，人们不得不放弃了天体永恒不毁的观点。太阳和星辰有着悠久的生命，但却不是永远生存的。它们是从星云里生出来的，并且最后不是爆炸就是冷却而死亡。在可见的世界里，并没有什么东西是可以免于变化和毁灭。亚里士多德式的与此相反的信仰，尽管为中世纪的基督徒所接受，其实乃是异教徒崇拜日月星辰的一种产物。
亚里士多德是古希腊最伟大的科学家之一。他喜欢独立思考，所以许多观点跟他的老师柏拉图截然相反。亚里士多德当过教师，对植物、动物、天文、气候、数学和物理等方面都进行过研究，著书1000多种，可以说他是古希腊的博学者。他的这些著作被当作古代世界的百科全书。达尔文曾这样评价亚里士多德：“我尊敬林奈和屈费尔好像两位神一样。但是，他们比起亚里士多德来，却不过是小学生。”
由于历史的局限性，亚里士多德的著作还存在一些错误观点。例如，亚里士多德认为重的物体比轻的物体下落得快；认为运动物体只有在一个持续不断的力的作用下才能保持；如果运动物体不再受到力的作用，它就会停下来；认为抽水机抽水的道理是“自然害怕真空”；认为天上和地球上的运动是截然不同的，不能把地球上的科学概念推广到天体等等。由于人们对权威的盲目崇拜，又看不清自然现象的本质，使这些错误观点流行达2000年之久，在一定程度上阻碍了自然科学的发展。经典力学就是在批判亚里士多德的这些错误观点中建立起来的。但这些错误远不能动摇亚里士多德作为古代伟大科学家的地位。曾经用实验否定了亚里士多德在物理学方面一些错误论点的伽利略曾说过：“我并不是说我们不应当倾听亚里士多德的话，相反的，我称赞那些虚心阅读和仔细研究他的人。我所反对的只是那些屈服于亚里士多德权威之下的倾向，盲目赞成他的每一个字，不想去寻求其他的根据，而只是把他的每一个字看成永恒的真理。”亚里士多德之后，在物理学方面取得突出成就的要数阿基米德了。
