בישראל משתמשות אוניברסיטת תל אביב, האוניברסיטה העברית, אוניברסיטת בר-אילן, האוניברסיטה הפתוחה ואוניברסיטת בן-גוריון במונח 'מדעי החיים' כשם הפקולטה (בת"א ובר-אילן) או המחלקה (באחרות), ואילו בטכניון משמש המונח 'ביולוגיה'. באוניברסיטה העברית, שהוקמה על בסיס המסורת האוניברסיטאית הגרמנית, נותרו המחלקות לבוטניקה ולזואולוגיה לבדן (ללא מחלקות נפרדות לתחומים אחרים בביולוגיה) עד 1967, אז הוקם בה 'המכון למדעי החיים', ובתוכו 'מעבדה לגנטיקה', שהפכה למחלקה ב-1970.
מדעי החלל
מדעי החלל הוא שם לכל תחומי המדע העוסקים בחקר החלל החיצון. מדעי החלל כוללים מגוון תחומים החוקרים גרמי השמיים כמו חקר מערכת השמש על מרכיביה, כולל השמש עצמה וכוכבי הלכת השונים בה, חקר כוכבים וכוכבי לכת המקיפים אותם, חקר גלקסיות וקוסמולוגיה, אסטרונומיה, אסטרופיזיקה, אסטרוביולוגיה ועוד.
חוקרי החלל מנסים בין היתר לענות על שאלות המעסיקות את האנושות מאז קיומה: כיצד נוצר העולם והאם מתקיימים חיים מחוץ לכדור הארץ.
אסטרונומיה.
מדע החוקר את התנועה, מבנה, ההתהוות וההתפתחות של גרמי השמים, והיקום בכלל.
האסטרונומיה נחשבת למדע העתיק בעולם.
תחומים עיקריים שנכללים באסטרונומיה הי:
קוסמולוגיה - סדר היקום כולו, מבנה היקום, ההיסטוריה שלו והתפתחותו העתידית.
קוסמוגוניה - מדע היווצרות היקום. התייחסות מסודרת (לא מיתית) ראשונה לנושא נמצאת אצל הפילוסופים היוונים.
אסטרומטריה - מיקום גרמי השמיים, מרחקם, תנועתם וחוקיות תנועתם. לפעמים משתמשים במונח אסטרונומיה לתיאור תחום זה בלבד.
אסטרופיזיקה - פיזיקה של היקום ובפרט תכונות פיזיות של גרמי השמיים ופעולות גומלין ביניהם.
המודל הגאוצנטרי.
מקור השם גאוצנטרי הוא ביוונית: גאו-ארץ וצנטרון-מרכז. ניתן להבין מכך שמשמעות השם המודל הגאוצנטרי היא ההשקפה לפיה כדור הארץ במרכז, הוא מרכז היקום לפי מודל זה, כלומר: השמש, הירח, הכוכבים וכוכבי הלכת סובבים את כדור הארץ. לאחר גילוי צורתו הכמעט-כדורית של העולם על ידי היוונים נוצר מודל זה. מודל זה היה נפוץ בעולם ההלניסטי ורעיונות דומים לו היו נפוצים בשאר העולם (הודו הקדומה וסין הקדומה).
לפי המודל הגאוצנטרי 55 ספירות (Spheres) בדולח הכילו את השמש הכוכבים וכוכבי הלכת. עם זאת כיפת השמים לא צייתה למודל זה. כוכבי הלכת התנהגו בדרכים מוזרות: נעו קדימה ואחורה בצורה שנראתה בלתי צפויה. כדי להסביר זאת אריסטו טען שכוכבי הלכת נעים לא בדיוק לפי סיבוב הספירות אלא גם לפי סיבוב של ספירות קטנות יותר על הספירות: אפיציקלים. תלמי העמיק במדידותיו את המודל עם אפיציקלים על-גבי אפיציקלים בכמויות מרובות. הוא גם שינה את המרכז שסביבו סובבים הכוכבים מכדור הארץ לנקודה קרובה לו, ובכך דייק את תחזיותיו של המודל, ושיפר את אמינותו.
המודל הגאוצנטרי שרד עד המאה ה-16 והוחלף בהדרגה במודל ההליוצנטרי של קופרניקוס, גלילאו וקפלר.
המודל ההליוצנטרי.
מקור השם הליוצנטרי ביוונית הוא הליוס (שמש) וצנטרון, כלומר ההשקפה שלפיה השמש היא במרכז. המודל המנוגד לאינטואיציה (הרי כשמסתכלים לשמי הלילה רואים את הכוכבים נעים) היה מוכר כבר ליוונים והועלה על ידי הפיתגוראים, אריסטרכוס, אבל רק במאות ה-16 וה-17 הועלה המודל מחדש במערב על ידי קופרניקוס וגלילאו, וזכה לניצחון בעזרת קפלר. מודל הליוצנטרי הוצע גם במאה החמישית בהודו על ידי האסטרונום ההודי אריבהאטה. המודל ההליוצנטרי התפתח בהדרגה באירופה: תחילה הופיעו המודלים של קופרניקוס וגלילאו שבהם כל מערכת השמש פרט לירח סבבה סביב השמש, לאחר חלה נסיגה קלה והופיע המודל של טיכו ברהה שלפיו השמש והירח מקיפים את כדור הארץ ושאר מערכת השמש מקיפה את השמש. בשני מודלים אלו תנועת ההקפה הייתה מעגלית לחלוטין, ולכן עדיין נדרשו המוני אפיציקלים כדי לתאום את המציאות. לאחר מכן הגיע המודל של קפלר, שבו התנועה הייתה אליפטית ולכן התצפיות היו תואמות אפילו יותר משל המודל הגאוצנטרי והמודל אומץ, כשהכנסייה קיבלה אותו משראתה זאת.
אסטרופיזיקה.
ענף של אסטרונומיה העוסק בפיזיקה של היקום, ובפרט בתכונות הפיזיות (מוארות, צפיפות, טמפרטורה והרכב כימי של עצמים אסטרונומיים כגון כוכבים, גלקסיות והתווך הבין-כוכבי, ופעולות הגומלין ביניהם. הקוסמולוגיה היא אסטרופיזיקה תאורטית המסתכלת על היקום כולו.
אסטרופיזיקה היא תחום רחב מאוד, ולכן בדרך מיושמים במסגרתה דיסציפלינות פיזיקליות רבות, כולל אך לא רק, מכניקה, אלקטרומגנטיות, מכניקה סטטיסטית, תרמודינמיקה, מכניקה קוונטית, יחסות, פיזיקה מולקולרית, פיזיקה גרעינית ופיזיקת חלקיקים. בפועל, חלק ניכר מהמחקר האסטרונומי המודרני דורש שימוש בפיזיקה.
קוסמולוגיה.
קוֹסְמוֹלוֹגְיָה (מיוונית: κοσμολογία "קוסמוס"=יקום, "לוגיה"=תורה) היא ענף של אסטרופיזיקה שמטרתו לחקור את מבנה היקום וההיסטוריה שלו ומקומה של האנושות בו.
פירוש משמעותי יותר למילה "קוסמולוגיה" מבוסס על העובדה שהיא נגזרת מהמילה היוונית - kosmeo, שמשמעותה "סדר" או "ארגון". היוונים האמינו שאפשר להבין את העולם, וכי הוא ראוי לארגון ולסדר אנליטיים. הם הבחינו בדפוסים הקיימים ביקום ושאפו לארגן ולסדר אותם.
האדם עסק בשאלות של מהות היקום ומקומו בו כבר משחר ההיסטוריה, אך התשובות אותן יכול היה לקבל היו מבוססות בימי קדם על מיתוסים, אגדות עם ואלמנטים דתיים ומטאפיזיים. ניצנים של קוסמולוגיה מדעית נראו בפילוסופיה היוונית, אך לרשות היוונים לא עמד ציוד מתאים כדי להוכיח את התאוריות שלהם. עם זאת, אריסטרכוס מסמוס, אריסטו ותלמי הציגו תאוריות קוסמולוגיות חשובות והתאוריה הגאוצנטרית של תלמי אומצה כהסבר המקובל לתנועת גרמי השמיים עד אשר ניקולאוס קופרניקוס, טיכו ברהה, יוהאנס קפלר וגלילאו גליליי החליפוה במאה ה-16 בתאוריה ההליוצנטרית למרות התנכלות מצד הכנסייה הקתולית.
את התאוריה ההליוצנטרית, שהארץ מקיפה את השמש ולא להפך, הגה לראשונה במאה ה-5 לפנה"ס פילולאוס איש קרוטון, תלמיד האסכולה הפיתגוראית. במאה ה-4 לפנה"ס הסתמך על הרעיון של פילולאוס הרקלידס איש פונטוס, אשר חבריו חשבו אותו למשוגע בעקבות הפרדוקס שיצר בתאוריה שלו. את התמונה המלאה והמדויקת באופן מעורר התפעלות של התאוריה ההליוצנטרית הגה וגיבש הפילוסוף היווני אריסטרכוס מסאמוס במאה ה-3 לפנה"ס ועליה ניתן ללמוד מתיעוד שכתב עליו ארכימדס: "הוא (אריסטרכוס) שיער שכוכבי השבת והשמש עומדים בלי נוע, שהארץ נישאת מסביב לשמש על היקף של מעגל".
במאה העשרים התפתחה הקוסמולוגיה כמדע לגיטימי.
חקר הכוכבים.
מחקר של כוכבים בעיקר בתחום הגלקסיה.
חקר פלנטות לא ארציות.
מחקר העוסק בפלנטות גזיות כמו שבתאי צדק רהב ואורון. מכיוון שהמחקר עוסק בפלנטות שאינן ארציות יש לחקור אותו בצורה בלתי מאוישת כמו לוויינים.
אסטרוביולוגיה.
אסטרוביולוגיה (מיוונית: ἄστρον, אסטרון- כוכבים, βίοςλογία, "ביולוגיה"- מדע החיים) היא מדע העוסק במקור, התפתחות, ותפוצת החיים ביקום. אסטרוביולוגיה עוסקת בשאלה האם החיים קיימים מעבר לכדור הארץ, וכיצד בני האדם יכולים לזהות אותו אם כן. המושג אקסוביולוגיה דומה אך יותר מסוים, ועוסק רק בחקר אפשרות קיום חיים מחוץ לכדור הארץ.
חקר החלל באופן מאויש.
לוויינים.
לוויין הוא גוף המקיף כוכב או כוכב לכת. ירח הוא לוויין של כוכב הלכת אותו הוא מקיף. עם תחילת שיגורם לחלל של לוויינים מלאכותיים על ידי האדם בסוף שנות ה-50 של המאה ה-20, הלכה ותפסה המשמעות הלוויין המלאכותי את מקומה של המשמעות הכללית, וכיום במושג "לוויין" הכוונה היא בדרך כלל ללוויין מלאכותי, ואילו ללוויין טבעי יוחד השם "ירח".
ישנם שימושים רבים ללוויינים: לוויינים לשימוש אסטרונומים, לווייני תקשורת, לוויני ניווט, לוויני ריגול.
מושבת חלל.
יישוב החלל הוא מדע המאגד מספר מדעיים, וחוקר את הצרכים הבסיסיים לשם התיישבות על כוכבי לכת אחרים.
הגנה בחלל.
הגנה בחלל הוא מדע על הגנת כדור הארץ מפני איומים טבעיים או לא טבעיים מהחלל. איומים טבעיים כוללים אסטרואידים במסלול קרוב ארץ ושאר גופים שבמסלול התנגשות עם כדור הארץ. גורמים אחרים הם טילים היוצאים מהאטמוספירה וחוזרים כדי לפגוע ביעד. כיום מספר מדינות שוקדות על פיתוח מערכת הגנה שתפוצץ את הטיל מחוץ לאטמוספירה.
מדעי הטבע
מדְעי הטבע (באנגלית: Natural science) הוא שם כולל לתחומי המדע העוסקים בהבנת חוקי הטבע ששולטים ביקום ובניסוחם דרך תאוריות מדעיות. מדְעי הטבע עוסקים בהוכחת מודלים מתמטיים (דטרמיניסטיים או סטוכסטיים) של תהליכים טבעיים בתצפית ובתיעוד מקרים רבים, וכן גם בניסוי.
חמישה ענפים ראשיים למדעי הטבע: אסטרונומיה, פיזיקה, כימיה (מדעי החומר), ביולוגיה (יש המשייכים את מדעי הרפואה לביולוגיה) ומדְעי כדור הארץ. לעִתים חמשת התחומים חופפים אלה לאלה, ולפעמים גם לתחומים ממדעי החברה (לדוגמה, מודלים מתחום תורת המשחקים האבולוציונית באשר להתנהגות חברתית בחיות, חופפים במידה מסוימת לפסיכולוגיה, לסוציולוגיה ולכלכלה – ענפי מדעי החברה).
מדְעי הטבע נתפסים כמסתמכים בעיקר על ניסויים, מידע כמותי או על דרישות דיוק מרבי ואובייקטיביות גבוהות יותר מאשר במדעים אחרים. מדעים אלה עוסקים פחות מהאחרים במחקר איכותני.
מדְעי הטבע נבדלים מתחומי הידע האחרים בשיטתם ובדרכם. לדוגמה, מדעי החברה מיישמים את השיטה המדעית כדי ללמוד על תבניות חברתיות ועל התנהגות האדם, מדעי הרוח נוקטים גישה ביקורתית או אנליטית כדי ללמוד על מצבי הרוח והקיום של האדם – והמדעים המדויקים, ובראשם מתמטיקה ולוגיקה, משתמשים באפריורי ולא במתדולוגיה עובדתית המשתמשת באיסוף מידע מקשת רחבה של מקרים ולומדת מהם על מערכות פורמליות.