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在自然的进化中，人类思维已经历了“前科学”时代、“科学”时代，现在正处于“后科学”时代。
在“前科学”时代，人们对大到自然现象、小到身边发生的一切事情的解释都基于人们的想象力、意识力和逻辑力，而不是客观规律。因此，在“前科学”时代，无论是巫术还是早期的自然哲学，都是建立在主观意识上的。在大多数时候，当巫术不能解释我们身边发生的某些事时，人类的求知欲就会表现出强大的生命力。当有的人开始不相信这个世界是由神控制时，他们会寻找更符合客观规律的解释，这个时候，科学思维又有了新的发展。正是基于这样的缘由，人类思维不断进阶。人类科学思维发展经历了由开启自我意识的觉醒发展到对客观世界和宇宙自然的不断探索。
到了“科学”时代，即从伽利略解决落体问题开始，人类开辟了创立思想实验、物理实验与科学推理相结合的物理学研究之路，科学与技术开始相互结合，科学推动了技术的进步，技术的进步推动了科学的发展。从此，科学与技术进入了相辅相成和互相促进的快车道，物理学经历了伟大而波澜壮阔的史诗般的发展历程。在这个时代里，英才辈出，群星璀璨，经典如云。
再到“后科学”时代，不论宏观世界方面，还是微观世界方面，物理学面临越来越多的挑战和课题，而且有很多问题迟迟得不到合理的解决。在微观世界领域，新的科学理论很难通过技术手段验证，物理学的发展遇到了前所未有的新困难，而开始处于停滞与徘徊状态。在这一过程中，我们不仅能了解人类思维的发展变化，也能看出学科思维的发展其实很依赖于外部条件，尤其是技术条件。
所谓的物理悖论思维，就是对一个概念、一个假设或一种学说，积极主动从正反两方面进行思考，以求找出其中的悖论。从这句话中可以看出，悖论思维具有很浓的哲学色彩，是一种积极探索的辩证思维。悖论思维在物理学的进化历程中，发挥过非常关键的作用。从落体运动到经典力学，从经典力学到狭义相对论，从狭义相对论到广义相对论，都发端于悖论思维。
没有理智光芒的照耀，人类就永远无法走出变化无常的朦胧状态，而悖论正是引导人们从浅层的感性认识走向深度的理智世界的箭矢。
例如微粒说与波动说之争，由于受到条件的限制，当时人们对光的本质的认知发生分歧，牛顿和惠更斯分别提出了各自相反的假设，即微粒说和波动说。牛顿和惠更斯均能运用自己提出的学说解释光的一些现象。在当时，波与粒子在物理世界里是对立的，因此，出现了两种相互对立、相互排斥和相互矛盾的学说，从常规角度上看，这两种学说可能有一种是潜在的科学，另一种就是潜在的错误。按常理，这两个相互矛盾的学说，胜出的一方将是最符合事实的那个，但有关光的本质的研究历史例证显示，这种想法起码存在简单化的嫌疑。这两种学说的提出，揭示了当时人们的思维还不能完整地把握客观光世界的辩证矛盾。波与粒子是相互矛盾的双方，微粒说和波动说的提出，反映了当时人们对光的认知之间的巨大冲突。
为了解决这个冲突，人类争论了几百年，最终将潜在的科学观点和潜在的错误观点，修正为现实的科学观念，将波与粒子的本质统一起来，完善对光的本质的认知，进而从辩证法的角度认识光的本质、解释有关光的现象。因此，物理悖论是形式逻辑思维走向辩证逻辑思维的跳台与跳板，将波与粒子的对立转换为波粒二象性这种现实的统一。而真正的科学正是这样随着研究的进程最终不断地逼近或趋向于真理的，这是科学发展的一种必然。
经典物理学是一门定量的精密科学和基础科学，它以基本概念为基石，以基本原理为核心，以基本方法为纽带，构成了物理学的学科框架和结构，因此，物理思维的基本特征可归纳为精确性和近似性的统一，抽象性与形象性的统一；物理思维的主要品质可归纳为深刻性（逻辑性）、灵活性、批判性、独创性和敏捷性五个方面。物理思维的材料，即物理概念及表象具有精确性；物理量之间的关系，即物理规律具有精确性；物理概念和物理规律获得的思维过程具有精确性，物理理论应用的思维的过程也具有精确性。
物理悖论思维不是严格遵循规定的思维方式，具有模糊性，与物理思维的精确性在思维的结果上存在着相悖的差异，创造性地为物理学的发展提供一个与经典物理相悖的粗浅、模糊性的模型，进而有利于人们冲破传统物理思维精确性的约束，在思维杠杆的撬动下激发出创造性的活力，获得出奇制胜的撬开功效。物理悖论思维往往有悖常规，它不是逻辑思维，具有反常性，与物理思维的逻辑性在思维方式上存在着相悖的差异，而这种差异能弥补过分强调逻辑思维带来的弊端，进而有利于冲破传统逻辑思维架构，增强思维的创新活力，激发人们的创造力。物理悖论是一个逻辑问题，提出悖论是物理学创新力的展示，如伽利略反驳亚里士多德的观点，提出了违背常理的“落体悖论”，成为打开物理学大门的向导；爱因斯坦也正是从经典力学和麦克斯韦电磁理论的基本概念中提出“光速悖论”，成为他创立狭义相对论的逻辑出发点。“落体悖论”“波粒二难悖论”“光速悖论”等，成为推动物理学理论获得突破性发展的典型范例。物理悖论思维的模糊性和反常性，有助于发展物理思维的批判性、独创性和深刻性，从而提升物理思维的灵活性和敏捷性，成为物理学创新发展的有力杠杆。
悖论提出时，涉及一些新思想、新提法，在提出时可能还不是科学，还不符合人们的认知。如芝诺悖论关于运动、时间、运动快慢（速度）等方面的一系列描述与人类关于运动、时间和运动快慢的直觉和共识出现了矛盾。芝诺悖论提出前，人们把“无限”概念仅仅局限于一个不断延伸、永无终止的变程，时间和空间，正像自然数列永无止境一样，时间是无始无终的，空间也是无边无际的。芝诺悖论的提出使人们认识到一段有限的时间或一段有限的距离也可以无限分割，进而由延伸上的无限拓展到分割上的无限，丰富了“无限”的内涵，揭示了“无限”概念蕴含的矛盾，有力地推进了人们对无限的认识。悖论的破解也深化了人们对无限的认识，为解决无穷小或无穷大问题还促使了极限理论的建立。分割上的无限还促进了量子的探索，如原子概念的提出。自然规律存在天然的前定和谐，悖论的发现和提出，暴露了原有的、旧的概念或学说中存在的不自洽性，同时也意味着新的概念、新的学说即将来临。