弗兰西斯·培根结束了以神学为依归的经院哲学，提出新的研究方法——科学归纳法，建立了科学归纳法的逻辑学体系。由于文艺复兴运动，人身和思想得到解放，手工业者地位提高，实验工作受到应有的重视：伽利略开创了近代数学实验物理学，制造出以空气为测温物质的第一根温度计，研制出世界第一架天文望远镜，做出了一系列重大发现；牛顿通过光学实验，建立了光学理论；美国独立战争领袖、物理学家本杰明·富兰克林发明避雷针，提出正负电的概念；英国物理学家卡文迪许（1731—1810年）用扭秤实验测定万有引力常数G；法国物理学家库仑（1736—1806年）用扭秤测定了电荷之间的相互作用，证明了库仑定律；丹麦物理学家奥斯特（1777—1851年）发现电流的磁效应；法国物理学家安培（1775—1836年）提出了安培定律，奠定了电动力学的基础；英国物理学家法拉第（1791—1867年）发现电磁感应现象，建立“场”“力线”概念，建立电磁感应定律；德国物理学家赫兹（1857—1894年）在放电实验中证实了电磁波的存在；英国物理学家焦耳（1818—1889年）测定电流热效应，得出焦耳定律；德国斯塔尔（1660—1734年）在原子论基础上，建立了他的燃素学说；法国化学家拉瓦锡（1743—1794年）用实验证明水不能变土，发现燃烧之后的灰烬比以前重，发现“最易于呼吸的空气”——氧的存在，于1873年正式以氧化理论取代燃素学说，1787年出版《化学命名法》，用实验逐一确认了已知的各种元素，提出物质守恒定律，创造化学反应式，将化学永远建立在定量研究的基础之上；荷兰科学家列文虎克磨制了高质量的单片显微镜，为微生物存在提供了证据，奠定了微生物形态学的基础；对大量生物的整理分类，达尔文完成了生物进化论……
笛卡尔认为培根的方法本末倒置了，他否认培根通过实验核对和比较观察的方法获得自然“形式”的可能性，主张以欧氏几何为范本建立理性的数学性质的演绎方法，深信数学就是一个设计机械自然的灵巧精灵。以此推出：真空不可能存在；超距作用不存在；宇宙动量守恒原理等。
惠更斯说：“培根不了解科学方法中数学所起的作用，而笛卡尔则忽视试验的作用。”[10]海德尔说：“现代科学根据数学筹划才成为实验科学。”[11]直到19世纪，古典科学与培根科学才实现综合统一，即培根科学的数学化，古典科学的实验化。至此，基本完成了现代科学研究方法的确立。从此，自然科学的主要学科，热学和分子物理学、化学、生物学、电磁学先后在各自领域开创了一个新时代。
人类进入20世纪，随着X射线、放射性和电子的发现，相对论和量子论的建立，粒子物理学中的夸克模型、宇宙学中的大爆炸模型、分子生物学中的DNA双螺旋模型和地质学中的板块模型的提出，标志着人类自然科学的研究不仅考察宏观、低速，而且也考察微观、高速，以此带来新发现、新发明层出不穷，新学科应运而生。
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