การศึกษาทางวิทยาศาสตร์เป็นการกระทำเชิงสร้างสรรค์เพื่อเพิ่มพูนความรู้และวิทยาศาสตร์โดยการรวบรวม ตีความ และประเมินข้อมูลอย่างเป็นระบบ ตามแบบแผนสมมติฐาน-อนุมาน ควรครอบคลุมถึง: ^{[ 1 ]}

• การกำหนดบริบทของปัญหา;
• สมมติฐานสำหรับอธิบายปัญหาโดยพิจารณาจากแนวทางทฤษฎีที่มีอยู่
• การตรวจสอบสมมติฐานด้วยการทดลอง;
• การวิเคราะห์ผลการทดสอบ^{[ 1 ]}

การศึกษาทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวข้องกับทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ วิธี การทางวิทยาศาสตร์แบบจำลองทางวิทยาศาสตร์การทดลองและสถานการณ์ทางกายภาพอาจหมายถึง:

• ระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์คือ ชุดของเทคนิคสำหรับการตรวจสอบปรากฏการณ์ต่างๆโดยอาศัยหลักฐานเชิงประจักษ์หรือที่วัดได้ ซึ่งอยู่ภายใต้หลักการของตรรกะและการให้เหตุผล
• การศึกษาเชิงสังเกตจะดึงข้อสรุปเกี่ยวกับผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากการรักษาต่อกลุ่มตัวอย่าง โดยที่การจัดกลุ่มตัวอย่างให้อยู่ในกลุ่มที่ได้รับการรักษาหรือกลุ่มควบคุมนั้นอยู่นอกเหนือการควบคุมของผู้วิจัย
• การทดลองแบบสุ่มควบคุม (Randomized controlled trial ) เป็นการทดลองทางวิทยาศาสตร์ประเภทหนึ่ง มักใช้ในสาขาการแพทย์ โดยผู้เข้าร่วมการศึกษาจะถูกสุ่มให้ได้รับการรักษาแบบใดแบบหนึ่งที่แตกต่างกัน
• วิทยาศาสตร์คือ กระบวนการที่เป็นระบบซึ่งสร้างและจัดระเบียบความรู้ในรูปแบบของคำอธิบายและการคาดการณ์ที่สามารถทดสอบได้เกี่ยวกับจักรวาล

การเรียนรู้ทางวิทยาศาสตร์รวมถึงการทดสอบทฤษฎีและเป็นพื้นฐานของความรู้ทางวิทยาศาสตร์

เชื่อกันว่า อริสโตเติลเป็นคนแรกที่เริ่มศึกษาเรื่องใดๆ โดยพิจารณาบริบทของประเด็นนั้นๆ กล่าวคือ โดยการรวบรวม วิเคราะห์ และจัดกลุ่มข้อเท็จจริงที่เกี่ยวข้องทั้งหมด โดยการกำหนดความหมายและความสัมพันธ์ระหว่างกัน เขาได้พัฒนาระบบพื้นฐานที่ถูกต้องตามข้อเท็จจริง ซึ่งทำให้เขาสามารถสรุปเกี่ยวกับกฎหรือหลักการพื้นฐานได้ อริสโตเติลได้แนะนำวิธีการสรุปสองแบบ โดยเน้นสองทิศทาง คือ แบบนิรนัยและแบบอุปนัย ภายในวิธีการสืบสวน แบบหนึ่งนำจากตัวอย่างเฉพาะที่สังเกตได้ไปสู่หลักการทั่วไป อีกแบบหนึ่งซึ่งเป็นที่ถกเถียงกัน คือ จากพื้นฐานไปสู่ตัวอย่างหรือนัยของหลักการ^{[ 2 ]}แนวคิดเรื่องตรรกบทซึ่งเป็นวิธีการให้เหตุผลแบบนิรนัยที่ดำเนินไปจากกฎทั่วไปหรือข้อเท็จจริงที่กำหนดไว้ก่อนหน้านี้ลงไปยังตัวอย่างเฉพาะ ได้รับการแนะนำโดยอริสโตเติล บทความของเขาได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในการศึกษาอย่างเป็นระบบที่เก่าแก่ที่สุดเกี่ยวกับธรรมชาติของการสืบสวนทางวิทยาศาสตร์^{[ 2 ]}

ฟรานซิส เบคอนพัฒนาแนวคิดของการศึกษาทางวิทยาศาสตร์โดยเสนอการรวบรวมการสังเกตอย่างเป็นระบบ^{[ 2 ]}แนวคิดนี้เกี่ยวกับการก้าวขึ้นทีละขั้นสู่การอ้างสิทธิ์ทั่วไปที่เชื่อถือได้ แม้ว่าจะดูเหมือนชัดเจนในปัจจุบัน แต่ก็เป็นนวัตกรรมในยุคนั้นและมีส่วนช่วยในการเปลี่ยนแปลงแนวทางการออกแบบการวิจัย

กาลิเลโอ กาลิเลอีมีส่วนสนับสนุนแนวทางสมัยใหม่ในการรวบรวม ตีความ และประเมินข้อมูล โดยระบุว่ากฎของธรรมชาติเป็นไปตามหลักคณิตศาสตร์ และเสนอมาตรฐานความยาวและเวลาในการดำเนินการทดลอง^{[ 3 ]}กาลิเลโอเป็นผู้ริเริ่มพื้นฐานสำหรับวิธีการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ที่เรียกว่าวิธีการอนุมานเชิงสมมติฐานซึ่งโดยทั่วไปใช้ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่^{[ 4 ]}

• การทดลอง
• การสร้างแบบจำลองทางวิทยาศาสตร์
• ทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์
• ความเป็นจริง