Une théorie scientifique est une idée ou une hypothèse qui est créée pour expliquer certains phénomènes. Les théories sont basées sur l'observation et elles sont confirmées ou pas par des expériences scientifiques.

Une théorie est un modèle de la réalité, dérivé de principes de base. La réalité est toujours plus complexe que la théorie, c'est pour cela que chaque théorie a un domaine où elle s'applique. Une théorie qui n'est pas vérifiée ou vérifiable par l'expérience n'est pas scientifique.

Pour qu’une théorie soit considérée comme « vraie », faisant partie des connaissances établies, il est nécessaire que celle-ci produise une expérience critique, c’est-à-dire un résultat expérimental qui ne pouvait être prévue par aucune autre théorie établie. Il s'agit de concevoir une expérience en essayant d'en prévoir le résultat. Deux possibilités :

Une théorie scientifique est un moyen de résumer les connaissances de l'époque, et d'imaginer de nouvelles expériences. La relation entre la théorie et l'expérience est une relation dynamique.

Le plus souvent, pour faire progresser la compréhension du monde, les théoriciens (ceux qui inventent les théories) doivent faire de nombreuses approximations, car aucune théorie n'explique à elle seule l'Univers tout entier (voir après).

La théorie est considérée satisfaisante jusqu'à ce qu'on la réfute. Un phénomène bien observé est vrai. Si une théorie annonce des évènements faux, elle doit être rejetée ; si un phénomène observé n'est pas explicable par la théorie, elle doit être modifiée. Tout repose dans l'interprétation des résultats de l'expérience.

Un point important à noter concernant une théorie est son domaine d'application. Par exemple, toute la géométrie plane est construite sur certains postulats d'Euclide, dont le premier est : Par deux points ne passe qu'une droite et une seule. Le champ d'application de cette géométrie est le plan. La géométrie sur une sphère ne suit pas les lois d'Euclide, car ceux-ci deviennent faux. Or, la Terre est une sphère... mais à l'échelle d'un être humain, la terre est tellement grande que nous pouvons utiliser la géométrie plane dans la vie de tous les jours. La géométrie d’Euclide s'applique donc aux plans, ou à des surfaces tellement grandes qu'elles ressemblent à un plan.

Certaines théories se sont ainsi révélées fausses suite à de nouvelles expérimentations. Depuis l'Antiquité, la théorie de la génération spontanée paraissait la seule explication raisonnable à l'apparition de petits organismes comme des asticots dans la matière en décomposition. Il fallut attendre le XIXe siècle pour que le chimiste français Pasteur réussisse à démontrer qu'elle était fausse.

D'autres théories scientifiques n'expliquent qu'une partie de la réalité. Cela est dû aux limites de la théorie, soit que ses inventeurs n'avaient pas envisagé tel ou tel phénomène, soit que les phénomènes que la théorie n'explique pas n'étaient pas observables à l'époque.

Prenons, par exemple, les théories de la gravitation. Celle de Newton permet d'expliquer la trajectoire des astres dans l'espace (planètes, satellites, comètes...).
Isaac Newton, grâce à sa théorie, peut retrouver les lois de Kepler, qui décrivaient le mouvement des planètes, mais pas des comètes. Cependant, dans certaines situations, l'application de cette théorie mène à des résultats faux (c'est-à-dire différents de l'observation). Dans ce cas, c'est la théorie de la relativité d'Albert Einstein qui s'applique. Encore une fois, à l'aide de la théorie d'Einstein, on peut recalculer les lois de Newton, qui elles-mêmes permettent de retrouver les lois de Kepler !

Il est important de noter que lorsqu'une théorie devient obsolète (périmée), cela peut être pour deux raisons : soit elle est prouvée fausse (comme la génération spontanée), soit une théorie plus générale l'englobe (cas des théories de la gravitation). Dans le deuxième cas, les outils de l'ancienne théorie peuvent toujours servir dans les limites de son application : on se sert toujours couramment des lois de Newton pour la physique sur terre ou pour mettre des satellites artificiels en orbite !