方法論上的革新
從古希臘到中世紀，人類認識自然的主要方法是靠“天才的自然哲學的直覺”以及隨後產生的三段論。憑借直覺方法，希臘哲學家不僅把自然界萬物的變化看成一種循環，而且提出很多在整體上似有道理、而在細節上往往流於荒謬的假設。中世紀基督教使人的理性為信仰服務，並把人的興趣從世俗引向天國，神學家們運用三段論尋求關於“上帝存在”的各種證明或者去探討“天使是否睡覺”、“一個針尖上可以站多少小天使”之類的問題。經院哲學研究問題的方法，特別是迷信權威和教條的態度抑製了人們對探索自然的興趣。
文藝複興以來，作為近代科學方法論變革的重要特征，乃是經驗方法在認識自然和建立知識體係中的地位的變化。而這種經驗論的方法論思潮萌芽的代表人物是中世紀末期唯名論哲學家格羅塞特和羅吉爾·培根。在此之前，鄧斯·司各脫和威廉·奧卡姆由於把神學以外的課題劃為理性王國的範圍，而為古典學術在不違背教義的前提下獲得獨立創造了精神條件。此外，14世紀人文主義者彼特拉克等人在他們的著名詩歌中所表達的嶄新的對自然的熱愛，無疑大大推動了新的觀察和研究自然之方法的進步。
對自然事物研究方法的真正變革開始於15世紀下半葉，其代表正是前麵提到的天文學家哥白尼和生理學家維薩留斯。他們用精心而係統的觀察或實驗結果否定了被中世紀基督教奉為權威的錯誤學說或教條。由此使自然科學從神學和經院哲學的思辨傳統中獨立出來。到17世紀，在對亞裏士多德三段論進行深刻批判的同時，自然科學研究逐步形成了一整套麵對自然的新方法。
與實際需要的接近
近代早期科學革命的又一特點，是科學發展同工藝技術傳統的緊密結合。這在自然科學處於經驗水平時期是必然的。正如恩格斯所說，歐洲新興資產階級為了壯大自己的力量，迫切“需要有探察自然物體的物理特性和自然力的活動方式的科學”。