科學最早的根源可以追溯到古埃及和兩河流域在3500左右到公元前3000。現代科學通常分為三個主要分支，其中包括自然科學（例如:生物學、化學和物理學），它們從最廣義的角度研究自然。研究個人和社會的社會科學（例如：經濟學、心理學和社會學）；以及研究抽象概念的形式科學（例如：邏輯、數學和理論計算機科學）。

自然科學是基于對觀測和實驗的經驗證據，對自然現象的描述，預測和理解。它可以分為兩個主要分支：生命科學（或生物科學）和物理科學。物理學分為物理、化學、天文學和地球科學等學科。這兩個分支可以進一步劃分為更專業的學科。現代自然科學的繼任者的自然哲學開始于古希臘。伽利略（Galileo）、笛卡爾（Descartes）、培根（Bacon）和牛頓（Newton）討論了使用更具數學性和更具實驗性的方法所帶來的好處。盡管如此，在自然科學中，經常被忽視的哲學觀點，猜想和預設仍然是必需的。包括發現科學在內的系統數據收集是自然歷史的成功，它是在16世紀通過對植物、動物、礦物質等進行描述和分類而出現的。

社會科學與社會以及社會中個人之間的關系有關。它有許多分支，包括但不限于人類學、考古學、傳播學、經濟學、歷史、人文地理學、法理學、語言學、政治學、心理學、公共衛生和社會學。社會科學家可能會采用各種哲學理論研究個人和社會。例如，實證主義社會科學家使用類似于自然科學的方法作為理解社會的工具，因此以更嚴格的現代意義來定義科學。相比之下，詮釋主義的社會科學家可能會使用社會批判或象征性解釋，而不是構建經驗可證偽的理論，從而從廣義上看待科學。在現代學術實踐中，研究人員經常采用多種方法折衷。

形式科學涉及形式系統的研究。它包括數學、系統理論和理論計算機科學。依靠對知識領域的客觀，認真和系統的研究，形式科學與其他兩個分支具有相似之處。但是，它們與經驗科學不同，因為它們完全依靠演繹推理，而無需經驗證據來驗證其抽象概念。因此，形式科學是先驗的學科，因此，對于它們是否真正構成一門科學存在分歧。然而，形式科學在經驗科學中起著重要作用。例如，微積分最初是為了理解物理學中的運動而發明的。嚴重依賴數學應用的自然科學和社會科學包括數學物理學、數學化學、數學生物學、數學金融和數學經濟學。

科學研究可以被標記為基礎研究或應用研究。基礎研究是對知識的搜索，而應用研究是對使用此知識的實際問題的解決方案的搜索。盡管一些科學研究是針對特定問題的應用研究，但我們的很多理解來自于好奇心驅動的基礎研究。這導致了技術進步的選擇，這些選擇是沒有計劃的，有時甚至是無法想象的。邁克爾·法拉第（Michael Faraday）提出這一點時，據稱是在回答“?基礎研究的用途是什么？”?這一問題。他回答：“先生，新生嬰兒有什么用？”。例如，研究紅光對人眼的影響桿狀細胞似乎沒有任何實際用途；最終，發現我們的夜視不受紅燈困擾，將導致搜索和救援團隊（除其他外）在噴氣式飛機和直升機的駕駛艙中采用紅燈。最后，即使基礎研究也可能發生意想不到的變化，并且在某種意義上建立了利用運氣的科學方法。

科學研究涉及使用科學方法，該方法旨在以可再現的方式客觀地解釋自然事件。提出了一種解釋性的思想實驗或假設作為解釋，使用諸如簡約之類的原理進行解釋，并且通常被期望尋求一致性??-與與該現象相關的其他公認事實非常吻合。這個新的解釋被用來作偽造通過實驗或觀察可以測試的預測。預測應在進行確認實驗或觀察之前發布，以證明沒有發生篡改。違反預測是進步的證據。這部分是通過對自然現象的觀察來完成的，也可以通過嘗試在受控條件下模擬自然事件的實驗來完成，而該條件應符合學科的要求（在觀測科學中，如天文學或地質學方面，預測的觀測結果可能會取代受控實驗）。在科學中，實驗對于幫助建立因果關系尤其重要。

科學家通常理所當然地認為需要一套基本假設來證明科學方法的合理性：

（1）所有理性觀察者都有一個客觀的現實；

（2）這一客觀現實受自然法則支配；

（3）這些規律可以通過系統觀察和實驗來發現。科學哲學尋求對這些基本假設的含義以及它們是否有效的深刻理解。

科學理論應該并且確實代表形而上學的現實的信念被稱為現實主義。它可以與反現實主義形成鮮明對比，后者認為科學的成功并不取決于它對諸如電子之類的不可觀察實體的準確性。反現實主義的一種形式是理想主義，即認為思想或意識是最基本的本質，并且每個思想都產生自己的現實的信念。在理想主義的世界觀中，對一個人的思想是正確的，而對其他人的思想則不一定是正確的。

科學哲學有不同的思想流派。經驗主義是最流行的觀點，認為知識是由涉及觀察的過程創造的，而科學理論是從這些觀察中概括得出的結果。經驗主義通常包含歸納主義，它試圖解釋人類可以通過有限數量的觀察來證明通用理論的合理性，從而可以用來證明科學理論的有限經驗證據。這是必要的，因為這些理論所做的預測數目是無限的，這意味著無法使用演繹邏輯從有限的證據中獲知這些預測。

經驗主義與理性主義形成了鮮明的對比，理性主義最初與笛卡爾有關，后者認為知識是人類的智慧而不是觀察所創造的。批判理性主義是一種與20世紀形成鮮明對比的科學方法，最初是由奧地利-英國哲學家卡爾·波普爾（Karl Popper）定義的。波普爾拒絕經驗主義描述理論與觀察之間聯系的方式。他聲稱理論不是由觀察產生的，而是根據理論進行觀察，并且理論受觀察影響的唯一方法是與觀察發生沖突。?Popper建議用可證偽性代替可證性作為科學理論的標志，并用證偽代替歸納法作為經驗方法。波普爾進一步聲稱，實際上只有一種普遍的方法，不是專門針對科學的：批評、反復試驗的消極方法。它涵蓋了人類思想的所有產品，包括科學、數學、哲學和藝術。

工具主義的另一種方法俗稱“閉嘴與乘法” ，它強調了理論作為解釋和預測現象的工具的效用。它把科學理論視為黑盒，只有它們的輸入和輸出（預測）是相關的。結果，理論實體和邏輯結構被認為是應該被簡單忽略的東西，科學家們不應對此大驚小怪。接近工具主義的是建構主義經驗主義，根據這種經驗主義，科學理論成功的主要標準是它關于可觀察實體的說法是否真實。

如果假設不令人滿意，則將其修改或丟棄。如果假設在測試中幸存下來，則可能會被科學理論的框架，描述某些自然現象的行為的邏輯推理，自洽模型或框架所采用。理論通常描述比假設更廣泛的現象集的行為。通常，單個理論可以將大量假設邏輯地綁定在一起。因此，理論是一種解釋各種其他假設的假設。在這種情況下，理論是根據與假設相同的大多數科學原理制定的。除了檢驗假設外，科學家還可以生成模型嘗試根據邏輯，物理或數學表示來描述或描述現象，并根據可觀察到的現象生成可以檢驗的新假設。

在進行實驗以檢驗假設時，科學家可能會偏愛一個結果而不是另一個結果，因此確保整個科學能夠消除這種偏見非常重要。這可以通過仔細的實驗設計，透明性以及對實驗結果以及任何結論的全面同行評審過程來實現。在宣布或發表實驗結果之后，對于獨立研究人員來說，通常的做法是仔細檢查研究的進行方式，并通過進行類似的實驗來確定結果的可靠性。 從整體上講，科學方法可以解決高度創造性的問題，同時最大程度地減少主觀偏見對用戶的影響。