自然科学研究和探讨的是物质世界和宇宙是怎样运动的，是科学研究的三大领域（自然科学、社会科学和形式科学）之一。自然科学有五大分支学科：即生物学、化学、物理学、天文学和地球科学。自然科学的目的是通过观察和实验，在获得的经验证据的基础上来描述、预测和认识自然。自然科学研究得到的结果或取得的成果必须是正确有效的和可重复的，另外还需要经过同行专家的评议。
西方社会具有分析的传统，经验科学特别是自然科学常以形式科学为工具，如运用数学和逻辑的思维方法，对自然现象进行量化研究（quantitative research）和逻辑分析与推理判断，从而准确地描述自然的现象与本质，即得到“自然规律”（laws of nature）。有时社会科学也采用这样的研究思路与方法，但主要还是开展定性研究（qualitative research），所以社会科学也常被人们称为软科学（soft science）。而自然科学的研究十分强调量化数据的科学收集和验证，所以常被称硬科学（hard science）。
现代自然科学的源头可追溯到古典的自然哲学，特别值得一提的是古希腊的自然哲学。伽利略、笛卡尔、培根、牛顿等大师级的科学家为现代自然科学的发展作出了不朽的贡献。现代自然科学的发展得益于数学工具和实验方法的运用，当然哲学的思辨、洞察、推测、推理、假设也是必需的。16世纪由西方社会兴起的自然史（natural history）的描述性研究，如对植物、动物、矿物等的观察、描述、分类、系统数据的采集、科学发现等，对现代科学的发展也起到了很大的促进作用。
关于自然科学的准则，众说纷云。其中，最值得人们考虑的是奥地利哲学家卡尔·波普尔（Karl Popper）提出的有争议的可证伪性准则（falsifiability criterion）, 它可帮助人们区分哪些研究是科学的和哪些是非科学的。波普尔认为：所有科学命题都要有可证伪性，不可证伪的理论不能成为科学理论。此外，有效性（Validity）, 准确性（accuracy）、质量控制（quality）等也是很重要的准则。质量控制包括同行评议（peer review ，指真正的、高水平的和同行的专家评议）和科学发现结果的可重复性（repeatability）等。
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