プロの研究者のレベルにおいても、一つ一つの行動は、概ね上の要素に還元できる。しかし、プロのレベルは、試行錯誤が迷走する可能性の高いレベルの高いテーマを扱うことが多いことや、いくつかの仮説を並行してテストできるようなスケジュールを組むこと、いくつかの項目を同時並行的に行うが多いため、変則的になってくる。
研究者にとっては、仮説構築のプロセスこそ重要であるが、この部分については、統一的な見解はなく、散逸的、専門的（必ずしも全読者に必要とは限らない）であるため、「#現実の研究プロセス」の節において後述する。
武谷三男の「三段階論」.
理論物理学者の武谷三男は、科学理論の進展は以下の現象論、実態論、本質論の三段階を経ると考えた。
三段階論は、主に科学の一つの領域の進展を考察したものであるが、現象論的な知識が十分ではなくて直ちにその原因を思惟するとき形而上学に陥るという点においてなど、個々の一研究（一つの論文レベル）についても学ぶところが多い考え方である。
論証.
論証が科学的であるためには、少なくとも論理的であることが求められる。一般に、科学の領域における「論理的」という概念を説明するモデルとしては三角ロジック（論理の三要素) が有力である。三角ロジックとは、以下に示す三つの要素からなる論法である。
三角ロジックは、スティーヴン・トゥールミンによるトゥールミンモデル(）の簡略化であると考えられている。
科学的な論証においては、上記の三要素に関して、相応の適切さが求められ、それが適切であることが科学的な方法を特徴づけている。この意味において、科学的な論証の顕著な特徴としては「適切な証拠への依存」、「明確な結論の存在」、「証拠と結論を結ぶ適切な推論過程の存在」の三つが認められる
結論.
結論は、明確でなければならない。例えば、「あなたは弱気な反面、強気すぎるところもあり…」といったように、どんな人（どんな対象）に対しても当てはまるような結論は望ましくないとされる。結論の明確さに関連する概念としては、反証可能性がある。
一方で、現代の科学（特に工学）では「合わせこみ」といわれる手法がある。これは、シミュレーションと過去の実験データを人為的に〝よく一致させる”ため
にいくつかのパラメータを制御する手法