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物理悖论在物理学的发展历程中之所以重要，是因为有些物理悖论挑战经典物理学理论，有些则凸显出经典物理违背直觉的特性。这些物理悖论具有以下四个特点：
悖论有悖常理，有悖于关于相应概念的常识、直觉、经验等，因此，物理悖论思维与传统认知思维正好相反。注意常识和直觉的区别，常识往往是理性分析的结果，而直觉里面也往往包含着认识主体的理性知识背景，因此，常识和直觉既有感性的、经验的成分，也有理性的成分。如芝诺主张“运动不可能”，芝诺悖论直接挑战人们关于“运动、时间和运动快慢”的直觉与共识。再如“两分法”的大前提没有问题，整个推理过程看似也没有问题，但这个推理得出的结果却完全有悖常理。又如“波粒二象性”挑战人们关于波与粒子不相容的共识和关于波与粒子之间存在着矛盾的看法。波与粒子是两个用来描述物质世界的形象化概念，波和粒子具有不同的物理属性，是不相容的。正因为这样，关于光的本性之争，在刚开始时，牛顿主导的光的微粒说占上风，后来惠更斯主导的波动说得到了复兴，再到后来微粒说又得到了复兴，最后由爱因斯坦统一起来，提出光的波粒二象性，光既具有波的属性，也具有粒子的属性，即光具有波和粒子两重表象，波粒关系就像冰水关系，光的波粒二象性最后发展为物质的波粒二象性。再如“双生子佯谬”中的“弟弟比哥哥更年轻”，直接挑战关于时间绝对不变、空间绝对不变的绝对时空观和生活常理；“薛定谔的猫”挑战人们关于生与死的看法；“紫外发散佯谬”挑战能量是连续的共识，等等。
古希腊人将哲学当作一种生活方式，是最早对大自然表现出好奇心的群体之一，因此，他们会提出万物是由什么构成的问题，也就没有什么奇怪的了。古希腊文明是西方文明的源头，我们现在所了解的哲学和科学都源自古希腊。由于自然的变化规律隐蔽潜伏在自然现象之中，当古希腊人在认识问题发生困难时，往往可以利用相悖思维提出一些与原有观念、理念、理论反常的命题。在回答万物是由什么构成的问题时，古希腊哲学家毕达哥拉斯率先提出了“万物皆数”的观念，认为数学是解释自然的第一要素，之后相继出现了其他学派，提出了“万物皆水”“万物皆流”“万物皆静”“万物归一”等观念。芝诺是“万物皆静”的信徒，主张运动是不可能的，为了反驳“万物皆流”的观念，他提出了“芝诺悖论”。
悖论思维面临的是全新的未知问题，新问题的解决往往又受已有的认知结构的影响；悖论的提出不能完全脱离已有的理论孤立地进行，也不能没有目标地胡思乱想。此外，一个悖论提出时，当时的人可能并没有意识到这是一个新的理论体系的来临，仅仅只是把它当作一个新问题而已。如惠更斯将光现象与声音类比提出波动说，但惠更斯没有意识到光是横波，波动说无法解释当时的偏振现象。
导致矛盾或冲突的是一组信念或命题，它们各自都得到很好的论证，放弃其中一个都会感到棘手，甚至会带来很大的麻烦。如粒子的运动与波动极不相同，在水波的传播中，水粒子只做上下运动，观察到的波的运动是一种物质（如众多水粒子媒质）的状态的运动，而不是物质本身的运动。粒子的运动是物质的运动，而波传播的是媒质的振动状态；粒子是物质质量存在的形式，有粒子就有质量，而波是能量传播的方式，有波就有能量；粒子运动是物质本身的运动，而波动是一种物质状态的运动；粒子与粒子相遇，会发生碰撞，改变原来的运动快慢和方向，而波与波相遇，各自都会继续向前传播。粒子能发生反射，波也能被反射，但在经典力学中粒子不能绕过障碍物，而波可以绕过障碍物。惠更斯的波动说是在反驳牛顿的微粒说的基础上提出的，虽然互不相容，但都是根据经典力学理论类比提出来的，通过几百年的争论，最终形成公认的“波粒二象性”理论。