İlk bilimsel çalışmalar Çin ve Hint'te başlamış daha sonra Mısır ve Mezopotamya'da devam etmiş; bu coğrafyalarda astronomi, tıp, topografya, matematik, mühendislik gibi bilimlerin temelleri atılmıştır.
Antik Yunan dünyasında doğa filozoflarının ilk nedenden yola çıkarak yaptıkları spekülatif doğa açıklamalarıyla oluşan doğa felsefesi Antik çağda olduğu gibi Orta Çağda da doğa bilimi olarak anlaşılmıştır. Bu dönemde filozofların hem felsefeyle hem de müzikten fiziğe kadar pek çok alanın olgularıyla ilgilendikleri görülmektedir. Pythagoras matematiğin, Archimedes de fiziğin temellerini atmıştır.
Pythagoras, matematik ile müzik arasında bir bağlantı kurmuş, evrenin bir sayı uyumu olduğunu; kozmolojik düzenin temelinde matematik orantılar bulunduğunu ileri sürmüştür. Pythagorasçıların daha sonraki büyük başarıları astronomide olmuş; yeri evrenin merkezi olmaktan çıkarıp onu küre biçiminde düşünmüşlerdir. Onlara göre yer, evrenin ortasındaki görünmeyen merkezi ateşin etrafında dönmektedir.
ilk Çağ doğa filozoflarının düşüncelerinde gerçeğe; gerçeğin bilgisine gözlem ve düşünceyle ulaşıldığını, Aristoteles'in de belirttiği gibi var olanın "ilk temellerinin"'ortaya konulduğunu görmekteyiz. Söz gelimi evrenin ana maddesini (arkhesini) Thales su, Anaksimenes hava, Anaksimandros apeiron (sınırı olmayan), Pythagoras sayı, Herakleitos ateş (bütün karşıtların eridiği birlik), Empedokles ise toprak, su, ateş ve hava olarak tanımlamıştır.
Yalnızca varlık üzerine düşünerek var olanın niteliklerini belirleyen Parmenides'e göre varlık meydana gelmemiş, değişmez ve bölünmezdir. Yalnız var olan vardır ve ancak bu düşünülebilir; var olmayan yoktur ve düşünülemez de: "Nasıl yeryüzü, güneş ve ay ortaklaşa aither (hava), Samanyolu ve gök, en dışta bulunan ve yıldızların sıcak gücü çabalıyordu meydana gelmek için. En baştaki olarak Tanrıların Eros'u düşünüp buldu. (Ay) gece parlayan, yeryüzü çevresinde dolaşan yabancı ışık. Hep gözetleyen güneşin ışınlarını. Yeryüzü kökü suda. Nasılsa herkesteki karışımı öğelerin. Öylece akıl insanların yanında durur; aynı şeydir. Çünkü düşünen şey, öğelerin yaratılışı, insanlarda hepsinde ve herbirinde; düşüncedir daha çoğu. Böylece meydana geldiler bunlar, öyle - sanışa göre ve vardırlar. Ve ilerde böyle büyüyerek sona erecekler. Bunlara ad taktılar insanlar, bir işaret verdiler her birine."
Seneca (Seneka, MÖ 5-M.S.65)'nın kullandığı bir terim olan doğa felsefesi (doğa metafiziği, spekülatif fizik) 18. yüzyılda özel bir disiplin haline gelmiştir. Fizyoloji ve doğa felsefesi ayrımına koşut olarak deneysel fizik (doğa bilimi) ve genel kozmoloji (doğa felsefesi) ayrımları yapılmıştır.
Orta Çağda Batı dünyasında Hristiyanlığın etkisiyle doğa bilimlerinde gelişme olmamış, ancak bu dönemde Batı dünyasında filozoflar çok yoğun mantık tartışmaları yapmışlar, 8. ve 12. yüzyıllarda ise islam dünyasında çok önemli bilimsel gelişmeler görülmüştür. MS 8. yüzyılda Bağdat'ta Harun Reşit tarafından kurulan Beyt-ül Hikme adlı çeviri bürosunda başta Aristoteles ve Platon olmak üzere birçok Yunanlı filozofun eserleri Arapçaya çevrilmiştir. Doğuda ve Batıda yazılmış ilk cebir kitabı sayılan Hisabü-I Cebr ve'l-Mukabele'yi (Cebir Hesabı) yazmış olan Harezmi'nin (780-850) bu eseri cebiri geometriden bağımsız olarak ele alması açısından önemlidir. Harezmi bu eserinde Babil matematik geleneğinden başlayarak Helenistik, ibrani ve Hint metinlerine, doğrusal ve İki bilinmeyenli denklemlerin aritmetik çözümlerine, Eukleidesçi geometriye ve mirasın belli oranlarda dağıtılması problemlerinin çözümüne ilişkin kurallara yer vermiştir. Ayrıca astronomi ile ilgili çalışmaları ve eserleri olan Harezmi, Halife Memun'un isteğiyle yer ve gökyüzü haritalarının yer aldığı bir atlas hazırlamıştır.
Astronomi, matematik, doğa bilimleri, coğrafya ve tarih alanındaki çalışmalarıyla ün kazanmış olan Birûni (Beyrûni, 973-1051) "Kanun" adlı eserinde Aristoteles'in ve Ptolemaios (Batlamyus)'un düşüncelerini tartışarak, yerin ekseni çevresinde döndüğünü İddia etmiştir. Matematikte trigonometri fonksiyonlarıyla ilgili önemli çalışmalar yapmış, fizikte de özgül ağırlıkların belirlenmesi amacıyla geliştirdiği "konik" aygıtı kullanarak özgül ağırlık değerlerini bulmuştur. İbni Sinâ (980-1037)'nın "El Kanun Fit Tıb" (Tıbbın Yasası) adlı eseri 16. yüzyıla kadar Batı üniversitelerinde ders kitabı olarak okutulmuştur. On yaşından itibaren geometri, matematik, mantık ve felsefe üzerine çalışmalar yapmış, tıp öğrenimi görüp anatomi ile ilgili gözlemler yapıp on yedi yaşındayken Emir Nuh ibn Mansur'un hastalığını iyileştirebilmiş bu sayede emirin kütüphanesinde çalışabilme izni almıştır. Arap dili üzerine yaptığı çalışmalar sonunda "Lisan'ül-Arab" isimli sözlüğü yazmıştır.
Batıda Orta Çağın (skolastiğin) gerileme döneminde Roger Bacon (Racır Beykın,1220-1292), bilginin üç temel kaynağını; bilgilerine inanılan insanlar (otoriteler), akıl yürütme ve deneyler
olarak belirlemiştir. Orta Çağda deney verilerini akıl yürütmelerle birleştirerek dünyanın yuvarlaklığını,
Leonardo Da Vinci'nin anatomi çizim çalışması en uzak yıldızın dünyadan yaklaşık 200 milyon km.lik bir uzaklıkta olduğunu cesurca ileri süren Bacon'ın o dönemde dürbün, buharlı gemi, otomobil ve uçak gibi gereçlerden söz etmesi sihirbazlık olarak nitelendirilip yazdığı kitaplar da yasaklanmıştır. Hapse de atılan bu İngiliz bilginin düşünceleri ve buluşlarının gerçeklik kazanabilmesi için ne yazık ki 350 yıl geçmesi gerekmiştir.
Rönesans Dönemi bireyin, aklın ön plana çıkmasıyla bilimsel gelişmelerin, teknik buluşların ve keşiflerin hız kazandığı bir dönemdir. Hümanizm (insancılık), insanın tarih ve doğa dünyasına yeniden katıldığı ve bu açıdan yorumlandığı Rönesans Döneminin temel kavramı olmuştur. Bu terimin kaynağı, Cicero ve Varro'nun yaşadığı Latin dünyasında insanın eğitimi anlamında kullanılan 'humanitas' terimidir, bu terimin Yunancadaki karşılığı ise eğitim (paideia) dir.
Gianozzo Manettİ (Cianozzo Manettİ, 1396-1459), Marsilio Ficino (Marsilyo Fiçino, 1433-1499), Pico Della Mirandola (Pico Della Mirandola, 1463-1494), özgürlüğün yüceliğini, insanın yaşadığı dünyayı oluşturabilme yetilerinin mükemmelliğini gündeme getirmişlerdir. Mirandola her şeyden önce, insana olan bu inancını "İnsanın Değerine İlişkin Nutuk"unda Tanrı'ya söylettiği (atfettiği) şu ünlü sözlerle dile getirir:
"Ademoğlu, sana ne önceden belirlenmiş bir konum, ne özel bir bakış ne de özel haklar verdim, sen bunlara karar ve seçiminle sahip olabilirsin. Dünya üstündeki varlıkların doğasına ilişkin var olan sınırlamalar benim kanunlarımın bir sonucudur. Verdiğim özgürlüğü, bir engelle kısıtlamaksızın kendi doğanı belirleyeceksin. Seni dünyanın merkezine koydum, öyle ki bu noktadan dünyadaki en iyi olanı görebilmelisin; seni ne dünyalı ne de Öbür dünyalı, ne ölümlü ne de ölümsüz yarattım, özgür bir sanatçı gibi sen kendi biçimini kendin karar vererek ayırdedici özelliklerinle oluşturmalısın."
Hümanistler, klasik dönemde ortaya çıkan ama Orta Çağda ortadan kalkan '"insan", "ruhun yeniden doğuşu" gibi kavramları gündeme getirip bunlara canlılık kazandırmışlar, ayrıca özgür ruh kavramı da insana doğal ve tarihsel yaşamda kendine yetme; bu olguları belirleme olanağı sağlayacak, "ussal otonomi"' yetisini (kavramını) ortaya çıkarmıştır. Hümanistlerin en çok önem verdikleri olgulardan biridir özgürlük, ama bu özgürlüğü insanın doğada ve toplumda gerçekleştirmesi gereklidir. Hümanizm, ortaya çıktığı şehir ve topluluklarda kilise ve onun toplum üzerindeki baskısına karşı çıkıp geleneksel hiyerarşik düzenle dogmatik değerlerle savaşmış ve insanın kendi otonomisiyle yaşamını özgürce kurmasını sağlamayı amaçlamıştır.
Rönesans, klasik dönemden esinlenmekle birlikte geçmişin aynı şekildeki tekrarı değildir; klasik dönemde ortaya çıkan, Orta Çağda yok olan insansal yetilerin, güçlerin geliştirildiği ve bu düşüncelere yeni yorumların getirildiği bir dönemdir. Başka deyişle hümanistler Orta Çağ mirasını reddederler ve bunun yerine klasik dünyayı kabul edip önemserler ve onlara göre eğitilen insana en çok yakışan, onun özgürlüğünü sağlayan konular; etik, politika, şiir ve retorik (güzel söz söyleme sanatı)'tir.
Rönesans hümanizminin, modern bilimin doğuşunu hazırlayan şartlardan biri olduğu kabul edilir. "Eski Çağa dönüş" olgusu, yüzyıllar boyu ihmal edilmiş olan, Pyhtagorasçıların güneşin merkez olduğunu kabul eden felsefeleri, Archimedes, Hipokrates ve diğer Yunanlı fizikçilerin eserlerinin yeniden gündeme gelmesini sağlamıştır. Hümanistlerin yeniden canlılık kazandırdığı Platonizm ve Pythogorizmden Leonardo Da Vinci, Kopernik (Copernicus) ve Galileo etkilenmişler; doğa matematik diliyle ifade edilmiş ve sonuçta doğayı anlamak için matematiğin dilini öğrenmek gerektiği ortaya çıkmıştır. Ayrıca bu dönemde deneylerle mevcut bilgilerin sorgulanması ve Aristoteles'in yapıtlarının gözü kapalı bir şekilde izlenmemesi gerektiğine inanılmıştır ki bu durum Aristoteles'in otoritesine duyulan güveni sarsmış, zayıflatmıştır. Başka bir deyişle, insan artık içinde yaşadığı doğayı; doğanın insanoğluna sağladığı araçlarla birlikte sorgulama, onu bu yolla anlayabilme ve kontrolü altına alma inancına -güvenine- sahip olmaya başlamıştır.
1500'lü yıllarda Avrupa'da astronomi ve bilim dünyasındaki en önemli gelişme Polonyalı Kopernik (Copernicus) ile sağlanmış, ileri sürdüğü "güneş merkezli gezegenler sistemi" ile gök biliminde önemli bir çığır açılırken kilisenin de bilim üzerindeki dogmalara dayalı denetim gücü zayıflamıştır. Kopernik bazı (Dünya döndüğü hâlde havaya atılan bir cisim nasıl aynı noktaya düşmektedir? Dünya nasıl rüzgar yaratmadan dönebilmektedir? gibi) sorulara yanıt verememiş, bu sorulara Kopernik'ten sonra gelen Kepler, Galileo ve Nevvton tarafından yanıtlar verilmiştir.
Dogmatik düşüncenin ve otoritelerin bilime olan olumsuz etkilerine tarih içinde hem batıda hem de doğuda zaman zaman rastlanmıştır. Buna bir örnek de Osmanlı Döneminden verilebilir. 16.yüzyılda önceleri namaz vakitlerini, kıbleyi belirlemek ve takvimin oluşturulması için gök bilimi gözlemlerinden, ölçümlerinden yararlanılmış daha sonra gök bilimci Takiyüddin tarafından İstanbul rasathanesi kurularak 1575-1580 yılları arasında burada gözlemler yapılmıştır. Avrupa'da da Danimarkalı Tycho Brahe (Tikho Brahe) 1576 yılında ilk rasathaneyi kurmuştur.
Takiyüddin rasathanedeki dokuz gözlem aracını bizzat kendisi yapmış ve çalışmalarının yer aldığı el yazmalarının orijinallerinin büyük bir kısmı bugün elimizdedir. Bilgin o dönemde nitelikli gözlemler yapmış ve son derece hassas gözlem katalogları hazırlamıştır. Ancak Padişah III. Murat'ın emriyle kurulan rasathane yine aynı padişahın emriyle yıktırılmıştır. Yıkımın asıl nedenine ilişkin fazlaca bilgi olmamasına rağmen, bazı belgelerde rasathanenin yıkılışında 1577'de gözlenen kuyruklu yıldızın ve 1578'de baş gösteren veba salgınına dayalı söylentilerin şüpheleri artırdığı ve şeyhülislam Kadızade Ahmet Şemsettin Efendinin de bu görüşleri desteklemesiyle rasathanenin yıkımının emredildiğine ilişkin bilgiler yer almaktadır.
Tabii bu konuda asıl şanssızlık Takiyüddin gibi bir bilim adamının arkasından Kepler gibi bir bilimcinin gelmeyip yapılan çalışmaları geliştirebilecek bir bilim geleneğinin yaşatılamayışıdır.
Olguların, bilimsel düşünce ve yöntemin keşfedilip benimsendiği 19.yüzyılda bilimsel bilgi çok önemlidir. Bu dönemin evren anlayışına göre kozmos, nesnel bir uzay ve onunla bağlantılı olarak nesnel bir zaman içinde oluşmuştur. Uzay; birlikte var olan sayısız ve sonsuz nesnelerin evrensel dağılımını, zaman; art arda oluşan sayısız ve sonsuz olguların evrensel gelişimini dile getirir. Albert Einstein (Albert Aynştayn, 1879-1955)'a gelinceye kadar uzay ve zaman birbirinden bağımsız, ayrı kategoriler olarak kabul edilmiştir. Einstein ise Rölativite Kuramında; madde, hareket, uzay ve zamanın ilişkisini ve birliğini kanıtlamıştır. Madde, üç boyutlu uzayla tek boyutlu zamanın dört boyutlu geometrik biçimler verdiği bir nesnelliktir. Eİnstein'ın kuramı da işte bu gerçeği fiziksel açıdan ortaya koymuş ve bizi yerleşmiş alışkanlıklarımızı değiştirmeye zorlayarak tek bir perspektiften kurtarmıştır.
Einstein, Isaac Newton'ın "Matematiğin İlkeleri" adlı eserinde "Mutlak, doğru ve matematiksel zamanın, kendi içindedir ve kendi doğasından kaynaklanır, dışardan herhangi bir şeyle ilişkiye girmeksizin düzenlidir. Mutlak uzay, kendi doğası içinde başka bir şeyle ilişkiye girmeden, her zaman değişmez ve hareketsizdir." şeklindeki düşüncelerini eleştirir. Ona göre mutlak uzay ve mutlak zaman metafiziğin kavramlarıdır; bunlar gözlem ve araştırmanın konusu olamazlar; oysa, her şey görelidir; uzay ve zaman sezgi biçimleridir. Renk, biçim ve büyüklük kavramları gibi bunlar da bilinçten ayrılamaz. Uzayın, ancak içinde gördüğümüz cisimlerin bir düzeni ya da yerleştirilişi olarak nesnel gerçekliği vardır. Zamanın da onu ölçtüğümüz olaylar dizisinden ayrı, bağımsız bir varlığı yoktur. Einstein'ın teorisinin ilk önemli özelliği, gözlemci olan insanı dışarıda bırakmamasıdır. Gözlemci, gözlemleriyle realitenin bir parçasıdır; o gözleyerek gerçekliği biçimlendirir. Bu teorinin ikinci özelliği ise insanı yeni sorulara götürmesidir. Einstein, değiştirilemez kuralları değiştirmiş; değişim olgusunu temel alan ilkeleri hedeflemiş, dolayısıyla da insan zihninin sınırlarını (ufkunu) genişletmiştir.