במאה ה–20 גם הושג האיחוד בין כימיה לפיזיקה, עם ההסבר של התכונות הכימיות של חומר כתוצאה ממבנה האלקטרונים באטום; ספרו של לינוס פאולינג "על טבעו של הקשר הכימי" השתמש במושגים של מכניקת הקוונטים כדי להבין את זוויות הקישור במולקולות מסובכות, מה שהביא בסופו של דבר גם למודל פיזיקלי של מולקולת ה-DNA. באותה שנה, ניסוי מילר-יורי הראה כי ניתן לבנות את היסודות של ה-DNA, חומצות אמינו פשוטות, ממולקולות פשוטות יותר בתהליכים המדמים מצבים בכדור הארץ הקדום.
גאולוגיה.
איש האשכולות הסיני, שן קואו (1031–1095) ניסח היפותזה לתהליך היווצרות האדמה: על פי תצפיותיו במאובנים בשכבה גאולוגית בהר הנמצא מאות קילומטרים מהים, הוא הגיע למסקנה כי האדמה נוצרה על ידי בלייה של ההרים ועל ידי ריבוד של סחף.
החיבור על הסלעים מאת תאופרסטוס נחשב לסמכות העליונה במשך כאלף שנים: הפירוש שלו של המאובנים לא נדחה עד למהפכה המדעית. בתחילת המאה ה-18 ז'אן-אטיין גוטאר וניקולה דמארה סיירו בצרפת המרכזית ותיעדו את התצפיות שלהם על מפות גאולוגיות; גוטאר היה הראשון שהחל להבין את המקור הוולקני של חלק זה של צרפת. ג'יימס האטון כתב את ה"תאוריה של האדמה" ב-1788.
ב-1811 פרסמו ז'ורז' קיווייה ואלכסנדר ברוניאר את ההסבר שלהם לגיל כדור הארץ, בעקבות גילוי עצמות פיל בפריז על ידי קיווייה. הם ניסחו את העיקרון של רצף סטרטיגרפי של שכבות. באותה תקופה, ערך ויליאם סמית מחקרים דומים באנגליה וסקוטלנד. בשנת 1827 אישר הספר "עקרונות הגאולוגיה" של צ'ארלס לייל את התאוריות של ג'יימס האטון, והשפיע על מחשבתו של צ'ארלס דרווין.
ההתקדמות המשמעותית ביותר בגאולוגיה של המאה ה-20 הייתה התפתחות של תאוריית טקטוניקת הלוחות בשנות ה-60. תאוריה זו קמה משתי תצפיות גאולוגיות שונות: ההתפשטות של קרקע הים ותנועת היבשות. התאוריה הזו היוותה מהפכה במדעי האדמה.
אסטרונומיה.
התקדמויות באסטרונומיה ובמערכות אופטיות במאה ה-19 הביאו לתצפיות הראשונות באסטרואיד (קרס) ב-1801, ולגילוי של נפטון ב-1846. בשנות ה-40 של המאה ה-19, נצפו הגלקסיות הראשונות על ידי ויליאם פרסון.
ג'ורג' גאמוב, רלף אלפר ורוברט הרמן חישבו כי מסתבר למצוא עדויות למפץ הגדול בטמפרטורת קרינת הרקע של היקום. ב-1964 גילו ארנו פנזיאס ורוברט וילסון כי טמפרטורת קרינת הרקע היא כ-3 קלווין, וכך יצרו את הבסיס לקביעת גילו המשוער של היקום.
סופרנובה 1987A נצפתה בידי אסטרונומים על כדור הארץ הן בעזרת טלסקופים הן בגלאיי נייטרינו. התצפית היוותה ציון דרך בחקר תופעת הסופרנובה, ובתחום הקרוי אסטרונומיית נייטרינו. תחום זה, שמהווה נקודת מפגש בין אסטרונומיה ובין פיזיקת החלקיקים, נמצא כיום בשלבי התפתחות.
ביולוגיה ורפואה.
הרופא ההונגרי איגנץ זמלווייס הצליח להפחית באורח ניכר סוג מסוים של מחלה בכך שחייב רופאים לשטוף את ידיהם לפני שהם מיילדים נשים. גילוי זה קדם לתאוריית החיידקים כגורם למחלה. אולם, גילוייו לא הובנו על ידי בני דורו והחלו להיכנס לשימוש רק עם הגילויים של המנתח הבריטי ג'וזף ליסטר, שב-1865 הוכיח עקרונות החיטוי. עבודתו מבוססת על כמה גילויים חשובים מאוד של הביולוג הצרפתי לואי פסטר. הוא הצליח לקשור בין כמה מיקרואורגניזמים לבין מחלה. גילוי זה הביא למהפכה ברפואה. הוא גם המציא את אחת השיטות החשובות ביותר ברפואה המונעת, כשב-1880 הוא ייצר את החיסון לכלבת. פסטר גם המציא את תהליך הפיסטור, על מנת למנוע התפשטות מחלות דרך חלב ומאכלים אחרים.
אחת מהתאוריות החשובות והמשפיעות ביותר בכל המדעים הייתה תאוריית האבולוציה בברירה טבעית שקודמה על ידי המדען הבריטי צ'ארלס דרווין בספרו "מוצא המינים" ב-1859. התאוריה של דרווין הייתה כי כל ההבדלים בין החיות נוצרים בתהליכים טבעיים במשך תקופות זמן ארוכות, וכי אפילו בני אדם הם פשוט יצורים שהתפתחו כך. המשמעויות של האבולוציה מחוץ לתחומי המדע הטהור זכו הן לתמיכה והן להתנגדות בחלקים שונים של החברה, והשפיעו עמוקות על ההבנה הפופולרית של מקומו של האדם בעולם.
בתחילת המאה ה-20, מחקר התורשה צבר חשיבות לאחר הגילוי מחדש של חוקי התורשה שפותחו בידי הנזיר האוסטרי גרגור מנדל ב-1866. חוקי מנדל היוו את היסודות למחקר הגנטי, שנעשה לשדה מחקר חשוב במדע ובתעשייה. ב-1953 הסבירו ג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק את המבנה הבסיסי של ה-DNA, החומר הגנטי שמהווה קוד לכל סוגי החיים. לקראת סוף המאה ה-20, הנדסה גנטית החלה להפוך למעשית, והחל מאמץ בינלאומי רחב היקף למיפוי הגנום האנושי, מאמץ שעשוי לתרום באופן ממשי להתקדמות ברפואה.
מדעי החברה.
שימוש מוצלח במתודה המדעית במדעים המדויקים הביא לאימוץ המתודולוגיה הזו על מנת להבין תחומים רבים במדעי החברה.
מדע המדינה.
לדיסציפלינה זו יש קבוצה ברורה של נושאים, כגון פילוסופיה של המוסר, פילוסופיה פוליטית, כלכלה פוליטית, היסטוריה ותחומים אחרים העוסקים בקביעות נורמטיביות של מה שצריך להיות, ועם הנחת המאפיינים והתפקידים של צורת השלטון האידיאלית. שורשי הפוליטיקה והמדינה נמצאים בתקופה הפרהיסטורית. בכמעט כל תקופה ואזור גאוגרפי לאורך ההיסטוריה, אנו יכולים למצוא מישהו הלומד ומגביר את ההבנה הפוליטית.
בתרבות המערבית, המחקר של הפוליטיקה נוסד לראשונה ביוון העתיקה. המקורות של הפוליטיקה האירופית עוקבים אחר שורשיהם עוד לפני אפלטון ואריסטו, במיוחד ביצירותיהם של הומר, הסיוד, תוקידידס, קסנופון ואוריפידס. מאוחר יותר, אפלטון ניתח מערכות פוליטיות, הפשיט את הניתוח שלהם ממחקרים ספרותיים והיסטוריים יותר, ויישם גישה שנבין קרוב יותר לפילוסופיה. באופן דומה, אריסטו בנה על ניתוח אפלטון כדי לכלול ראיות אמפיריות-היסטוריות בניתוח שלו.
בלשנות.
אף כי תרבויות רבות פיתחו הבנה של התחביר ושל הדקדוק, הבלשנות לא התפתחה כשדה מחקר עצמאי עד לסוף המאה ה-18. הצעה של סר ויליאם ג'ונס כי סנסקריט, פרסית, יוונית, לטינית, גותית וקלטית כולן חולקות בסיס משותף הביאה ללידתה של הבלשנות ההיסטורית. לאחר שתזה זו התפתחה, נעשה ניסיון במהלך המאה ה-19 וה-20 לקטלג ולסדר את כל שפות העולם.
פרסום הספר "קורס בבלשנות כללית", המבוסס על ההרצאות של פרדינן דה-סוסיר, הביא להתפתחות של בלשנות תיאורית. תחום זה, ותנועת הסטרוקטורליזם שנלוותה אליו, גרמו לבלשנות להתמקד יותר בשינויים בתוך השפה במשך הזמן ולא רק בהבדלים בין שפות שונות. נועם חומסקי גיוון עוד את הבלשנות בשנות ה-50 עם פיתוח הבלשנות הגנרטיבית. ניסיון זה בוסס על מודל מתמטי של השפה שאיפשר תיאור וחיזוי של הסמנטיקה. תחומים נוספים כגון בלשנות חברתית התפתחו משיתוף פעולה בין בלשנות ותחומים אחרים.
כלכלה.
היסודות למדע הכלכלה המודרני פותחו בידי אדם סמית' ב-1776 בספרו "עושר העמים". סמית' ביקר את המרקנטיליזם, ותמך במערכת של סחר חופשי עם חלוקת עבודה. הוא הציע, כי "היד הנעלמה" מבקרת את תהליכי שיווי המשקל והפיתוח במערכות כלכליות גדולות על ידי הרצון לשיפור של כל פרט, אף ללא פיקוח והנהגה מלמעלה. סוג אחר של מחשבה כלכלית, שפותח בידי קרל מרקס היה מבוסס על כך כי הערך של דבר מגיע מהעבודה המושקעת בו. תחת הנחה הזו, הקפיטליזם מיוסד על כך כי המעבידים אינם משלמים את מלוא הערך לעובדים שמייצרים את הרווח. האסכולה האוסטרית סיפקה תגובה מוקדמת לכלכלה המרקסיסטית. אסכולה זו טענה כי הכוח המניע של פיתוח כלכלי הוא היזמות. תאוריה זו מחליפה את תאוריית הערך של מרקס במערכת של היצע וביקוש.
משנות ה-20, ג'ון מיינרד קיינס הביא לחלוקה בין מקרו-כלכלה למיקרו-כלכלה. תחת הכלכלה הקיינסיאנית מגמות מקרוכלכליות יכולות לגבור על בחירות כלכליות שנעשו על ידי היחיד. על ממשלות להביא לביקושים גדולים למוצרים על מנת לעודד פיתוח כלכלי.
לאחר מלחמת העולם השנייה, מילטון פרידמן יצר את המושג מוניטריזם. פרידמן התמקד בשימוש בתאוריית ההיצע והביקוש של הכסף כשיטה לשליטה על הפעילות הכלכלית. בשנות ה-70 רעיונות אלה יושמו בכלכלה שתומכת בהורדת מסים על מנת להגדיל את כמות הכסף החופשי לגידול כלכלי.
אסכולות כלכליות מודרניות אחרות הן הכלכלה הקלאסית החדשה – המדגישה את המיקרו-כלכלה כבסיס לגידול מקרו-כלכלי, והקיינסיאנית החדשה – שמסבירה כיצד חוסר יעילות של השוק מצריך התערבות של בנק מרכזי או ממשלה.
פסיכולוגיה.
את נקודת ההתחלה של הפסיכולוגיה כמדע ניתן לראות בסוף המאה ה-19. לרוב רואים את שנת 1879 כשנה שבה החלה הפסיכולוגיה להיות לשדה מחקר נפרד, מכיוון שבאותה השנה וילהלם וונדט ייסד את המעבדה הראשונה שנועדה במיוחד למחקר פסיכולוגי (בלייפציג). חוקרים מוקדמים חשובים אחרים הם הרמן אבינגהאוס (מחלוצי מחקר הזיכרון), איוואן פבלוב (שגילה את תהליך הלמידה של ההתניה הקלאסית), וזיגמונד פרויד. ההשפעה של פרויד הייתה עצומה, אם כי יותר כסמל תרבות מאשר ככוח בפסיכולוגיה המדעית. התאוריות של פרויד טענו כי באדם ישנם דחפים לא-מודעים אינסטקטיביים, וכי ה"עצמי" קיים כקרב תמידי בין הרצונות והציוויים של חלקי הנפש – האגו, הסופראגו והאיד.