W XIX wieku rozwinięto też badania nad prędkością światła. Armand Fizeau i Jean Bernard Léon Foucault wykonali jej pierwsze pomiary laboratoryjne, nieastronomiczne; ten pierwszy zmierzył także prędkość światła w wodzie, kończąc spór o to, czy jest ona wyższa, czy niższa niż w powietrzu i próżni. Eksperyment Fizeau udowodnił przy tym, jak przepływ wodnego ośrodka wpływa na prędkość biegnącego przez nie światła; wpłynęło to na modele eteru światłonośnego, doprowadzając do koncepcji wleczenia go. Następnie Albert Michelson i Edward Morley wykonali słynne doświadczenie, w którym udowodniono stałość prędkości światła w próżni z większą precyzją, w stopniu niemożliwym do wyjaśnienia istniejącymi modelami. Doprowadzili tak do koncepcji skrócenia Lorentza-FitzGeralda, dając początek całej teorii eteru Lorentza i antycypując pewne elementy XX-wiecznej teorii względności.
XIX stulecie to także rozwój spektroskopii; w widmie wodoru zaobserwowano prawidłowości matematyczne opisane wzorem Rydberga. Badania te przyczyniły się w XX wieku do rozwoju fizyki kwantowej.