השקפה נוספת הקרובה, אך לא זהה, לאינסטרומנטליזם היא קונבנציונליזם. (זאת הסיבה לכך שיש המזהים פילוסופים קונבנציונליסטים כגון אנרי פואנקרה, פייר דוהם, נלסון גודמן, ווילרד קוויין כאינסטרומנטליסטים). קונבנציונליסטים טוענים כי יש מרכיבים בתורות מדעיות, כגון מערכות הייצוג, שהבחירה בהם אינה מוכתבת על ידי המציאות הפיזיקלית ואינה הכרחית לוגית. טענות קונבנציונליסטיות הן טריוויאליות בנוגע למרכיבים כגון יחידות המדידה שבהם משתמשים המדענים (סנטימטרים לעומת אינצ'ים), אך הן הופכות למעניינות ושנויות במחלוקת בנוגע לשאלה כגון האם הבחירה בגאומטריה לא אוקלידית בתורת היחסות מוכתבת על ידי המציאות, כלומר: המרחב הוא אכן לא אוקלידי, או שהן רק אמצעי הייצוג הנוח ביותר.
כפי שטוענת ימימה בן-מנחם, יש נקודות דמיון רבות בין ההשקפה האינסטרומנטליסטית והקונבנציונליסטית: שתיהן עוינות ניסיונות לבסס את המדע על עקרונות א-פריוריים, שתיהן מדגישות את התשואה המעשית ולא ההסברית שלו, ושתיהן מייחסות משמעות מכריעה מבחינת היכולת של המדע לייצר ידע לכך שתאוריות שונות מובילות לאותן מסקנות. או בקיצור, שתי התפיסות סבורות שאין ללמוד מהצלחתה של תאוריה על אמיתותה. נקודת המחלוקת בין שתי התפיסות היא סמנטית. הקונבנציונליסט יטען שלהיגדים תאורטיים יכולים להיות ערכי אמת ושקר במסגרת הקונבנציה, וינסה לפתח סמנטיקה מתאימה, ואילו האינסטרומנטליסט ידחה זאת.
שורשי האינסטרומנטליזם.
ניתן למצוא רכיבים אינסטרומנטליים בפילוסופיה היוונית, אולם מי שנחשב לאבי ההשקפה הוא האסטרונום והתאולוג הלותרני אנדריאס אוסיאנדר בן המאה השש-עשרה. אוסיאנדר חיבר וצירף בעילום שם הקדמה לספרו של ניקולאוס קופרניקוס על הסיבובים של הספירות השמימיות, שבו טען קופרניקוס, בניגוד לעמדת הכנסייה באותו זמן, כי כדור הארץ סובב סביב השמש ולא להפך (טענה הנחשבת לנכונה כיום). אוסיאנדר, שניסה ליישב בין תורתו של קופרניקוס לעמדת הכנסייה טען כי תכליתה של תאוריה אסטרונומית אינה לתאר את טבע המציאות, אלא לספק דגם נוח לחישובים ולתצפיות בלבד, וכי
כדי לתמוך את טענתו סקר אוסיאנדר מספר דוגמאות של טענות אסטרונומיות בנות תקופתו שאינן יכולות נכונות, והוסיף כי על האסטרונום לבחור את הדגם השימושי ביותר ולא האמיתי ביותר:
במאה השש עשרה אימצה הכנסייה הקתולית בפועל פילוסופיה אינסטרומנטליסטית, שאיפשרה לה לנהוג בסובלנות יחסית כלפי מי שהחזיקו בתפישות קופרניקאיות. רק התעקשותו של גלילאו גליליי, שתמך בתאוריה הקופרניקאית, לתקוף את האינסטרומנטליזם עצמו ואת האפיפיור באופן אישי הביאה לעימות חזיתי בין השניים, שהסתיים בהעמדתו של גלילאו למשפט ובהרשעתו.
ניתן למצוא אלמנטים אינסטרומנטליסטיים אצל מספר פילוסופים אמפיריציסטים בני תקופת הנאורות כדוגמת דייוויד יום. היכנסותו של מושג האטום לפיזיקה במאה התשע עשרה הביאה לוויכוחים בקרב פילוסופים ופיזיקאים לגבי ממשותם של אטומים. הפיזיקאי והפילוסוף בן התקופה ארנסט מאך שטען כי מושג האטום אינו יותר מאמצעי נוח לארגון התופעות שמדענים רואים במו עיניהם, נחשב לאבי האינסטרומנטליזם המודרני, אם כי השאלה עד כמה באמת היה אינסטרומנטליסט נתונה בוויכוח.
הופעתן של תורת היחסות ומכניקת הקוונטים באמצע שנות העשרים של המאה העשרים הביאה לחיזוק האינסטרומנטליזם כהשקפה כוללת בפילוסופיה של המדע.
אינסטרומנטליזם ופיזיקה מודרנית.
עליית זרם המחשבה האינסטרומנטליסטי בפילוסופיה של המדע נבעה משתי המהפכות בפיזיקה שהתרחשו ברבע הראשון של המאה שעברה: תורת היחסות של אלברט איינשטיין ותורת הקוונטים של נילס בוהר וורנר הייזנברג.
תורת היחסות שיצרה רעיונות חדשים וחסרי תקדים הביאה למסקנה שהמרחב הוא אספקט של מה שיש בו - אין בנמצא מרחב מוחלט. רעיון זה, שעומד לניגוד לכל אינטואיציה, סתר את תורת ניוטון שהתבססה על קיומו של מרחב הקיים בפני עצמו - ללא תלות בגופים שנעים בו. שתי התאוריות, זו של ניוטון מחד וזו של איינשטיין מאידך, סתרו זו את זו. לפי תורת ניוטון, האור שהוא חסר מסה נע בקו ישר על פי חוקי המכניקה הקלאסית. לפי איינשטיין הואיל ולאור יש אנרגיה ותנע מוגדרים הוא מושפע גם הוא מכוח הכבידה (ראו: תורת היחסות הכללית) ולכן אור מסוגל להתעקם בהשפעת שדה כבידה משמעותי כדוגמת זה של השמש. בניסוי המפורסם שנערך בעת ליקוי חמה בשנת 1919 הועמדו שתי התאוריות זו מול זו למבחן מכריע. נבדק מיקומו של כוכב שאורו עבר בסמוך לשמש ביחס לכוכבים האחרים שנראים בדרך כלל לצידו. התוצאה הייתה שמיקום הכוכב אכן היה שונה במקצת ביחס לכוכבים האחרים - תורת איינשטיין הוכחה. המהפכה האיינשטיינית הייתה שונה מאוד מהמהפכה הקופרניקאית. בעוד שלאחר שניוטון גיבש את פילוסופית הטבע שלו, נחשבה הפיזיקה הטרום-קופרניקאית לארכאית ובלתי רלוונטית, המהפכה האיינשטיינית הותירה את חוקי ניוטון בעינם. הסיבה הייתה שבמהירויות אטיות כל כך יחסית למהירות האור כמו אלה שאנו מורגלים להם על כדור הארץ, הסטייה של תורת ניוטון היא זניחה. מצב זה העלה את התהייה מה יותר חשוב בתאוריה מדעית? שתהיה פרקטית כמו תורת ניוטון או שתהיה נכונה כמו תורת איינשטיין. אם המכניקה הקלאסית של ניוטון היא מדעית לכל דבר למרות שאין בה אמת, אזי ייתכן שהאמת לא כל כך רלוונטית למדע. המדעיות של הפיזיקה הניוטונית נובעת מהיותה מכשיר יעיל ולא בגלל שמושאיה (מרחב מוחלט, תנועה, תאוצה וכיוצא בזה) קיימים במציאות. רעיונות אלה לכשלעצמם הם אינסטרומנטליים.
מכניקת הקוונטים פתרה בעיות קשות במחקר המדעי במחיר בעיות הרבה יותר קשות בתורת ההכרה. התאוריה גישרה במשוואה מתמטית אחת בין שתי תאוריות שונות וסותרות לגבי מהותו של האור. חלקיקי האור בפרשנות הקוונטית הפגינו דפוסי התנהגות גליים כמו בניסוי שני הסדקים, למרות היותם יחידות קצובות. בניסוי שני הסדקים שנערך עם אלקטרונים (שהם חלקיקים מובהקים) התברר שהאלקטרון עובר בו-זמנית דרך שני הסדקים כפי שמנבאת מכניקת הקוונטים. מצב אבסורדי זה המכונה סופרפוזיציה קוונטית התגלה מאוחר יותר בתופעות קוונטיות נוספות. מכניקת הקוונטים מחשבת ומנבאת בדיוק רב את הדינמיקה ההסתברותית של הקוונטים, התנהגות האלקטרונים היא סטטיסטית. ניסיונות לגלות את ההתנהגות המדויקת של האלקטרונים על ידי הכנסת גלאי לאחד הסדקים, ביטלו את המצבים הקוונטיים, תופעה המכונה "אפקט הצופה". איינשטיין ומדענים אחרים הביעו חוסר נחת בולט מאפשרות הקיום של המצבים הקוונטיים.
אסכולת קופנהגן שנחלצה להסביר את הסתירה הזו, עשתה שימוש בהשקפה האינסטרומנטליסטית על אופיים של מושאי מכניקת הקוונטים (פוטונים, אלקטרונים, ספינים וכיוצא בזה) ואופי ההסבר המדעי בכלל. מושאי מכניקת הקוונטים לא באמת קיימים במציאות, הם רק מודלים לצורך הבנת הטבע בדפוסים אנושיים. "אפקט הצופה" ממחיש לנו את מקומה של התודעה עצמה בהסבר המדעי. להכנסת הסטטיסטיקה כאחד ממושאי המדע היו השפעות מרחיקות לכת - הסטטיסטיקה הוציאה מן ההסבר המדעי את דרישת ההכרח ומה שנותר בו הוא רק היכולת להשתמש במדע כאינסטרומנט אבל לא באמת להבין אותו (אי אפשר להבין "מדוע קרה משהו במקרה").
טענות בעד אינסטרומנטליזם ונגדו.
הדיון הפילוסופי באינסטרומנטליזם הוא חלק מהוויכוח הכללי סביב ריאליזם מדעי. כל טענה אנטי-ריאליסטית נותנת בעקיפין רוח גבית לאינסטרומנטליזם, אולם היא אינה בהכרח טענה חיובית בזכות האינסטרומנטליזם, משום שאינו החלופה היחידה לריאליזם. סעיף זה יעסוק בטענות הנוגעות לאינסטרומנטליזם במישרין, הסובבות סביב שלושה נושאים עיקריים: ההשלכות הפילוסופית של משפט קרייג, המעמד של הפשטות (abstractions) ואידיאליזציות בתאוריות מדעיות, וההסבר להצלחת המדע.
משפט קרייג והשלכותיו.
לפי משפט שהוכיח המתמטיקאי ויליאם קרייג בשנת 1953, לכל תורה formula_1 (המבטאת תאוריה מדעית) רקורסיבית אקסיומטית, בהינתן חלוקה זרה של המלים ב-formula_1 לשתי קבוצות O (מונחי תצפית) ו-T (מונחים תאורטיים), קיימת תורה formula_3 אקסיומטית שקולה לוגית ל-formula_1, שאינה מכילה ביטויים מ-T. בצורה לא פורמלית, לפי משפט קרייג, אם ניתן לחלק את אוצר המלים של תורה מדעית, העונה לקריטריונים מתמטיים מסוימים, לשתי קבוצות זרות זו לזו, אחת המכילה רק מונחים תאורטיים, כגון "אלקטרון" ו"כוח", ואחת המכילה רק מונחי תצפית המתייחסים לרשמי החושים, כגון "קר" ו"צהוב", ניתן לבנות תאוריה חדשה המכילה מונחי תצפית בלבד, שממנה ניתן לגזור לוגית אותן מסקנות, ובכך להיפטר מכל המונחים התאורטיים.
פילוסופים של המדע מיהרו לבסס טיעון בעד אינסטרומנטליזם המתבסס על משפט קרייג. קרל המפל טען כי העובדה שניתן לוותר על מונחים תאורטיים מראה שהם לא ממלאים כל תפקיד מלבד ארגון נוח יותר של התופעות הנצפות. טענה מחזקת את תת-הזרם באינסטרומנטליזם המכונה "אינסטרומנטליזם אלימינטיבי", שאביו המייסד הוא ארנסט מאך, אשר שואף לצמצם את מונחי המדע לתיאור התופעות הנצפות בלבד.
עם זאת, השלכותיו הפילוסופית של משפט קרייג שנויות במחלוקת. ראשית, ריאליסטים טוענים כי ספק אם תורות מדעיות מקיימות את התנאים של משפט קרייג. בפרט, ניסיונות לחלק את אוצר המלים של תאוריות פיזיקליות לשתי קבוצות זרות של מונחים תאורטיים כשלו, וכפי שהראה קוויין במאמרו "שתי דוגמות לאמפיריציזם" (1951), ספק אם הדבר אפשרי.