科学理論は、理論が「なぜ」「どのように」を説明しているのに対し、事実が単純に観測結果を、法則が多くの場合数式を使いながら事実同士の関係を記述しているという点で、科学的事実・科学法則とは異なる概念である。たとえば、アイザック・ニュートンによる万有引力の法則は物体間の相互作用を予測するために使われる単なる数式にすぎず、「どのように」重力が働いているか自体を説明できるものではない。科学史家のスティーヴン・ジェイ・グールドは著書『 』で、「事実と理論は全く別物であり、その確実性の高さで階層化して分類されているものではない。事実とはこの世界のデータであり、理論は事実を説明・解釈する考え方からなる構造体である。」と記している。
科学の分野で用いられる「科学理論」（短くするため単に理論とも呼ばれる）という言葉の意味は、一般的に日常会話で使われている「理論」が指す意味と大きく異なる。毎日の会話で、「理論」は根拠のない推論的な予想を指す言葉であると暗に了解されたうえで使われているが、科学では厳密にテストされ、広く受け入れられている説明として使われている。
科学理論の強みは、説明できる現象の多様性とその単純さである。新しく科学的証拠が追加されることで理論が修正され、それでもその新しい発見と従来の理論が一致しない場合は理論自体が拒絶される。そのような状況では、当然より正確な理論が求められる。その中でもいくつかの理論は特に確立されているため、大きく覆ることはないだろうと考えられているものもある（細胞説や進化論、地動説、プレートテクトニクス、、など）。場合によっては、全ての条件下では当てはまらない古い科学理論・法則でも、特定の条件下では単純な理論でよい近似ができるとして今もなお有用であることもある。たとえばニュートン力学は、光速より十分に小さい速度下では特殊相対性理論を非常に正確に近似している。