科学大纲

邏輯

邏輯（英語：logic），又稱理則、論理、推理、推論，是有效推論的哲學研究。邏輯被使用在大部份的智能活動中，但主要在哲學、心理、學習、推論統計學、腦科學、數學、語義學、 法律和電腦科學等領域內被視為一門學科。邏輯討論邏輯論證會呈現的一般形式，哪種形式是有效的，以及其中的謬論。
邏輯通常可分為三個部份：歸納推理、溯因推理和演繹推理。
在哲學裡，邏輯被應用在大多數的主要領域之中：形上學/宇宙論、本體論、知識論及倫理學。
在數學裡，邏輯是指形式邏輯和數理邏輯，形式邏輯是研究某個形式語言的有效推論。主要是演繹推理。 在辯證法中也會學習到邏輯。數理邏輯是研究抽象邏輯關係和數學基本的問題。
在心理、腦科學、語義學、 法律裡，是研究人類思想推理的處理。
在學習、推論統計學裡，是研究最大可能的結論。主要是歸納推理、溯因推理。
在電腦科學裡， 是研究各種方法的性質，可能性，和實現在機器上。主要是歸納推理、溯因推理，也有在歸納推理的研究。
從古文明開始（如印度、中國和希臘）都有對邏輯進行研究。在西方，亞里斯多德將邏輯建立成一門正式的學科，並在哲學中給予它一個基本的位子。

數學

數學是利用符號語言研究數量、結構、變化以及空間等概念的一門學科，從某種角度看屬於形式科學的一種。數學透過抽象化和邏輯推理的使用，由計數、計算、量度和對物體形狀及運動的觀察而產生。數學家們拓展這些概念，為了公式化新的猜想以及從選定的公理及定義中建立起嚴謹推導出的定理。

計算理論

為了對計算進行嚴謹的研究，電腦科學家會將計算以數學的方式抽象化，稱為計算模型。

資訊理論

自創立以來，它已拓展應用到許多其他領域，包括統計推斷、自然語言處理、密碼學、神經生物學、進化論和分子編碼的功能、生態學的模式選擇、熱物理、量子計算、語言學、剽竊檢測、模式識別、異常檢測和其他形式的數據分析。

自然科學

自然科學是研究大自然中有機或無機的事物和現象的科學。

天文學

廣義地來說，任何源自地球大氣層以外的現象都屬於天文學的研究範圍。

天體

天體（astronomical object，也稱為celestial object）是在可觀測宇宙中，經由科學確認其存在的物體、或是結構。
天體可能像恆星、行星、彗星等結合較緊密的星體或類星體，也可能是指一個複雜的，彼此關聯較鬆散的結構，如星團、星系，其中可能包括許多其他的星體，甚至有其他更小的結構。
天體的例子包括行星系、星團、星雲及星系，而小行星、 月球、行星、恆星等則算是星體或類星體。彗星若只考慮其以冰和灰塵組成的彗核，是一個類星體，但若考慮彗核及其彗髮、彗髮，則是一個關聯較鬆散的天體。

銀河系天文學

銀河系天文學是研究我們的銀河系和其所有內容。相對來說，星系天文學是研究在我們銀河系之外的一切，包括所有其他的星系。
不要將銀河系天文學和星系的形成和演化混淆，後者一般是研究星系的誕生、結構、成分、動力學、交互作用和它們的形式和範圍。
我們自己的銀河系，就是我們的太陽系所屬於的星系，在很多方面是被研究得最多的星系，即使重要的部分在可見波長區域被宇宙塵遮蔽了，在20世紀發展的無線電天文學、紅外線天文學、和次微米波天文學仍將被氣體和塵埃遮蔽的區域首度呈現出銀河系的圖形。

星系天文學

星系天文學是天文學的一個分支，研究的對象是我們的銀河系以外的星系（研究所有不屬於銀河系天文學的天體），又稱河外天文學。
當工作的儀器獲得改善，就可以更詳細的研究現在只能審視的遙遠天體，因此這個分支可以再細分為更有效的近銀河系外天文學和遠銀河系外天文學。前者的成員與對象包括星系、本星系群，距離近得可以詳細研究內部的超新星遺蹟、星協。後者遠得只是可以測量的對象和只有最明亮的部份可以描述或研究。

近銀河系外天文學

對象包括星系、本星系群，可以詳細研究內部的超新星遺蹟、星協。

遠銀河系外天文學

研究遠得只是可以測量的對象和只有最明亮的部份

恆星天文學

恆星天文學是研究對恆星和恆星演化的，瞭解宇宙的基礎，恆星的天文物理學通過對恆星的觀察、研究、測量和理論上的瞭解；還有經由電腦對內部的模擬。

太陽天文學

太陽天文學的主要分支是太陽物理學。

觀測天文學

光，乃至電磁輻射，是人類對天象的主要觀測途徑。觀測天文學的不同領域可依電磁波譜的區域所分，其中有的波長可從地球表面觀測，有的則須要在高海拔甚至在地球大氣層以外才能有效觀測。

射電天文學和無線電天文學

射電天文學利用波長超過1毫米左右的電磁輻射進行觀測。和其他類型的觀測天文學領域不同的是，射電天文學所觀測的無線電波可以視為波，而不是單獨的光子，所以相對較短波長的輻射更容易測定波幅和相位。
儘管天體自身的熱輻射也會發出無線電波，但是絕大部分的無線電波都是同步輻射所致，也就是電子在磁場中運動時發出的輻射。此外，還有星際氣體所產生的某些譜線，也處於無線電波的波長範圍內，特別是氫的21cm譜線。
可通過無線電波觀測的天體包括超新星、星際氣體、脈衝星和活動星系核等。

紅外天文學

紅外天文學通過紅外輻射進行天文觀測，此類輻射的波長比紅光更長，位於人類肉眼的觀測範圍以外。紅外天文學能最有效觀測溫度較低、無法發出可見光的天體，例如行星、星周盤及光線被塵埃遮蔽的星雲等。紅外輻射的波長較可見光長，所以可以穿透可見光所無法穿透的塵埃雲，有助於研究分子雲深處的年輕恆星和星系核。例如，廣域紅外線巡天探測衛星（WISE）已成功觀測到多個銀河系內的原恆星和這些恆星所在的星團。除了十分接近可見光的紅外光以外，大部分紅外輻射都會被地球大氣層吸收；大氣本身也會產生較強的紅外輻射，進一步影響觀測。因此，紅外天文台都必須在海拔高、濕度低的地點建造，甚至是作為衛星發射到太空。某些分子在紅外輻射範圍有較強的譜線，這有助於研究天體的化學成分，如彗星所含的水。

可見光天文學

自遠古起，人類便利用肉眼作可見光天文觀測。最早的觀測都是以圖畫記錄下來。19世紀末，人們開始對天象進行攝影。現代天文攝影技術一般使用數碼探測器，特別是感光耦合元件（CCD）。雖然可見光的波長範圍大約在4000Å至7000Å（即400nm至700nm）之間，但可見光攝影設備也可以用來觀測一部分的近紫外線和近紅外線。

紫外線天文學

紫外線天文學利用波長在100至3200Å（10至320nm）間的紫外輻射進行觀測。紫外線此類輻射會被地球大氣層吸收，所以紫外線天文學的觀測只能在大氣上層或太空中進行。紫外線天文學最適合研究發射紫外線的高溫藍色恆星（OB星），包括銀河系以外的藍色恆星，以及行星狀星雲、超新星遺跡等等。不過，紫外線會被星際塵埃吸收，所以取得的數據必須再利用其它方法加以校準。

X射線天文學

X射線天文學在X射線範圍觀測天體。宇宙中的X射線來自於同步輻射（電子圍繞磁場線旋轉所發出的輻射）、溫度高於1千萬開爾文的稀薄氣體發出的熱輻射（見軔致輻射）以及溫度高於1千萬開爾文的稠密氣體發出的熱輻射（見黑體輻射）。發出X射線的天體有：X射線聯星、脈衝星、超新星遺跡、橢圓星系、星系群及活動星系核等。由於X射線會被地球大氣層吸收，所以X射線觀測必須用高海拔氣球、火箭或X射線天文衛星進行。

伽馬射線天文學

伽馬射線天文學所觀測的是電磁波譜中波長最短的輻射。伽馬射線可通過康普頓伽瑪射線天文台等衛星或大氣切倫科夫望遠鏡來觀測。切倫科夫望遠鏡不直接探測伽馬射線，而是觀測大氣吸收伽馬射線時所產生的可見光閃光。
伽馬射線暴是突然發出伽馬射線的天體，持續時間從幾毫秒到幾千秒不等，大部分伽馬射線源都屬於此類。只有一成的伽馬射線源為持續性射源，這包括脈衝星、中子星及活動星系核等可能為黑洞的天體。

高能天文學

高能天文學是研究天體所釋放的高能量電磁波的一個天文學分支。高能天文學包含伽馬射線天文學、X射線天文學和極紫外線天文學；並且也研究微中子和宇宙射線。而這些物理現象的研究也常被稱為高能天文物理學。

中微子天文學

中微子天文學利用屏蔽效果極佳的地下中微子探測器測量中微子的流量。這類設施包括俄美鎵實驗（SAGE）、GALLEX、超級神岡探測器等。絕大數穿過地球的中微子都來自太陽，但也曾經有探測到24顆來自SN 1987A超新星爆發的中微子。宇宙射線由極高能量粒子（原子核）組成，在進入地球大氣層時會衰變或被吸收，過程中會產生一系列的衍生粒子。現今的天文台可通過探測此類粒子來研究宇宙射線。未來的中微子探測器能力將會提高，有望探測到宇宙射線衝擊大氣時所發出的粒子。

引力波天文學

引力波天文學通過觀測引力波來研究遙遠的大質量天體，是一門新興的天文學領域。雷射干涉引力波天文台（LIGO）是其中一座正在運行的引力波探測器，它在2015年9月14日探測到歷史上首個引力波訊號，訊號源自雙黑洞。2017年，LIGO和室女座干涉儀共同探測到首個來自雙中子星（GW170817）的引力波訊號。

多元訊息天文學（英語：multi-messenger astronomy）

多元訊息天文學結合電磁輻射、中微子和引力波等不同方法研究同一個天體。

天體測量學與天體力學

天文學乃至所有科學中最古老的一個領域，是對各天體位置的測量。在歷史上，準確測量日、月、行星、恆星的位置，有天文航海和制訂曆法等作用。
18世紀開始，天文學家以精確測定的行星位置作為基礎，發展出完善的引力攝動理論，可以極精確地推算過去和未來的行星位置。這門學科稱為天體力學。今天，科學家對近地天體進行大規模追蹤，目的是預測這些天體何時會近距離略過地球以及評估與地球相撞的風險。
太陽系周邊恆星的視差是宇宙距離尺度的起始點。在用視差測量附近恆星的距離後，可以通過比對，推測遙遠恆星的各種屬性。通過測量恆星的徑向速度和自行，天文學家可以繪出銀河系內恆星的運行軌跡，從而算出銀河系暗物質的分布。
1990年代，天文學家開始利用都卜勒光譜學觀察太陽系周邊恆星的擺動。這種方法可以用來發現一些較大的系外行星（詳見系外行星偵測法）。

理論天文學

理論天文學家的研究手段包括數學模型及用電腦做數值模擬，兩者各有千秋。數學模型一般能揭示天文現象背後更深層次的原理，數值模擬則可以演示現實中難以觀察的現象。

物理學

物理學（希臘文φύσις，自然）是研究物質、能量的本質與性質，以及它們彼此之間交互作用的自然科學。由於物質與能量是所有科學研究的必須涉及的基本要素，所以物理學是自然科學中最基礎的學科之一。

古希臘物理學

從古代以來，人們就嘗試著了解大自然的奧妙：為什麼物體會往地面掉落，為什麼不同的物質會具有不同的性質？如此等等。從觀測與分析大自然的現象，早期人們找到其中的樣式，並針對這些樣式提出了各種理論，試圖解釋大自然的奧妙，然而他們所提出的大多數理論都不正確。以現代準則來看，早期的物理理論更像是一些哲學理論：現代的理論都需要經過嚴格的實驗檢驗，而那些早期的理論並沒有經過嚴格證實。像托勒密和亞里士多德提出的理論中，有些就與日常所能觀察到的事實相悖。
儘管如此，仍有許多古學者貢獻出相當正確的理論。古希臘哲學家泰勒斯（約前624年－約前546年）曾經遠渡地中海，在美索不達米亞埃及學習天文學與幾何，還加以推廣延伸，發揚光大。他預測出公元前585年發生的日蝕，還能夠估算船隻離岸邊的距離，又從金字塔的陰影計算出其高度。泰勒斯拒絕倚賴玄異或超自然因素來解釋自然現象，他主張，任何事件的發生都有其不變與普適的因果關係。公元前5世紀古希臘哲學家留基伯與學生德謨克利特率先提出原子論，認為所有物質皆是由不會毀壞、不可分割的原子所構成。古希臘的思想家阿基米德在作用力方面推導出許多正確的定量結論，如對於槓桿原理的解釋。

中世紀伊斯蘭世界的物理學

從西元850年至950年間，大量希臘學術被翻譯成阿拉伯文。穆斯林科學家從希臘人繼承了亞里士多德物理學。在伊斯蘭黃金時代，他們將這些學術發揚光大，特別強調觀測的動作，發展出一種早期形式的科學方法。.
伊本·沙爾、肯迪、海什木、伊本·西那等等科學家在光學與視覺領域給出創新理論。海什木在著名著作《光學書》（Kitab al-Manazir）裏，堅定地駁斥了古希臘的視覺理論——發射說，並且給出新理論。倚賴蓋倫關於眼睛內部解剖結構的信息，他說明了光線如何進入眼睛，如何被聚焦與投射至眼睛的後部，他認為眼睛就如同「暗室」，光線進入一個小洞後，在暗室形成顛倒影像。很明顯地，在這裡，他所指的是針孔相機或暗箱。他還描述怎樣用暗室來觀測日蝕。
海什木的成就在阿拉伯世界並沒有得到應有的重視。十二世紀，他的著作被翻譯成拉丁文，書名為《透視》（Perspectiva）。直至十七世紀，這著作在歐洲是光學的標準參考書，強烈影響了後來約翰內斯·克卜勒、威鐵魯、羅傑·培根等等科學家的研究。

經典物理學

經典物理學指的是不涉及到量子力學或相對論的物理學，例如，牛頓力學、熱力學、馬克士威電磁學等等。經典物理學的盛期開始於十六世紀的第一次科學革命，終止於十九世紀末。尼古拉·哥白尼打響了科學革命的第一槍，他於1543年提出了描述太陽系統的日心說，這理論推翻了托勒密的地心說。在1609年與1619年期間，約翰內斯·克卜勒發表了主導行星運動的定律，他用數學方程準確估算出從天文觀測獲得的行星繞著太陽的公轉數據，從而給予日心說強而有力的理論支持。伽利略·伽利萊做實驗研究物體運動，發現落體定律，並且展示出實驗方法對於科學研究的重要性。他倚賴使用實驗或觀測所獲得的證據，而不是倚靠純粹推理，來證實任何假說的正確性。他強調使用數學來描述物理現象，大自然的語言是數學，假若不懂數學，則無法明白大自然。1687年，艾薩克·牛頓提出的牛頓運動定律和萬有引力定律為經典物理學奠定了穩固的基礎，他創建了微積分，給出一種新的高功能數學方法來研析物理問題。他為第一次科學革命畫上了完美的終止符。物理學展現出兩個獨門特徵：使用實驗證據來檢視物理定律、採用數學語言來表述物理定律。物理學逐漸發展進步，成為一門獨立學科。

經典力學

經典力學是力學的一個分支。經典力學是以牛頓運動定律為基礎，在宏觀世界和低速狀態下，研究物體運動的基本學科。在物理學裏，經典力學是最早被接受為力學的一個基本綱領。經典力學又分為靜力學（描述靜止物體）、運動學（描述物體運動）和動力學（描述物體受力作用下的運動）。16世紀，伽利略·伽利萊就已採用科學實驗和數學分析的方法研究力學。他為後來的科學家提供了許多豁然開朗的啟示。艾薩克·牛頓則是最早使用數學語言描述力學定律的科學家。

運動學

運動學描述物體的運動，完全不考慮力或質量等等影響運動的因素。

動力學

動力學研究改變物體運動的因素與物體運動如何因此改變。

向量力學

向量力學著重於論述位移、速度、加速度、力等等向量間的關係。

聲學

聲學是研究聲音的製造、控制、傳播、接收與效應的學術領域。

超聲波學

超聲波學研究超過人類聽覺能力的高頻率聲波，在醫學診斷與醫學治療方面有很多重要用途。

生物聲學（英語：bioacoustics）

生物聲學研究涉及動物的聲波。

電聲學（英語：electroacoustics）

電聲波學研究電聲設備的操控。

光學

光學專注於光的性質與行為的物理學分支領域。

幾何光學

光在幾何光學裡被視為光線，能夠以直線移動，直到遇到不同介質時，才會改變方向。反射、折射等現象都可以用幾何光學的理論來解釋。

物理光學

光在物理光學裡被視為光波，能夠用來描述衍射、干涉、偏振等等現象。

熱力學

熱力學主要研究熱量與機械功彼此之間的轉換。在熱力學裏，通常透過描述物理系統平均性質的宏觀變量，像溫度、內能、熵、壓強等等來解釋自然現象。熱力學研究這些宏觀變量彼此之間的關係（如麥克斯韋關係式）、以及它們的改變對於物理系統的影響。學習熱力學的起跑點是熱力學定律。熱力學不研究物質的微觀性質，這屬於統計力學領域。從統計力學的理論可以推導出熱力學定律。統計力學應用機率論來研究由大量粒子組成的系統的物理行為。統計力學將單獨原子或分子的微觀性質橋接至大塊物質的宏觀性質，對於這些宏觀性質給出微觀層級的詮釋。在大尺度的實驗中可以測量到這些宏觀性質，

電磁學

電磁學描述帶電粒子與電場、磁場的交互作用。電磁學的分支有靜電學、靜磁學、電動力學等等。靜電學研究靜止帶電粒子彼此之間的交互作用。靜磁學研究所有涉及常定磁場的現象。電動力學研究所有涉及加速度帶電粒子、電磁輻射、時變電場與時變磁場的現象。經典電磁學的基礎理論是馬克士威方程式與勞侖茲力方程式。光波是電磁波的一種，可由帶電粒子的加速度運動產生。

現代物理學

近代物理學（Modern physics）所涉及的物理學領域包括量子力學與相對論，與牛頓力學為核心的古典物理學相異。近代物理研究的對象有時小於原子或分子尺寸，用來描述微觀世界的物理現象。愛因斯坦創立的相對論經常被視為近代物理學的範疇。

化學

化學是一門研究物質的性質、組成、結構、以及變化規律的基礎自然科學。

無機化學

是研究無機化合物的化學。

無機合成化學

主要是經由各式各樣的無機反應來建構無機分子。

有機化學

是研究有機化合物的結構、性質、製備的學科，又稱為碳化合物的化學。

有機金屬化學

是有機化學和無機化學交疊的一門分支課程，研究含有金屬（包括類金屬）和碳原子鍵結的有機金屬化合物，其化學反應、合成等各種問題。

有機合成化學

是合成化學的一個分支，主要是經由各式各樣的有機反應來建構有機分子。和無機分子相比，有機分子通常在結構上複雜許多，包括官能基、立體化學、多環構造等結構性細節。現今有機合成已經發展成為有機化學一個十分重要的分支，也是製藥、生醫、材料等產業重要的基礎。有機合成中有兩個主要的領域：全合成與合成方法的研究。

分析化學

是開發分析物質成分、結構與量的方法，使化學物質成分得以定性或定量，化學物質結構得以確定。
按分析目標分，可分為定性分析與定量分析

定性分析

主要任務是確定物質的組分

定量分析

需要測定物質中各組分的含量的分析方法
按分析手段分，可分為化學分析與儀器分析

儀器分析

是用儀器的物理學方法，測量物質的物理和化學性質的參數，並實驗其變化，以此判斷其化學成份，元素含量，甚至化學結構等。

生物化學

是研究生物體中的化學進程的一門學科，常常被簡稱為生化。

材料化學

材料化學（材料科學或材料工程）是一個多學科領域，涉及物質的性質及其在各個科學和工程領域的應用。它是研究材料的製備或加工工藝、材料的微觀結構與材料宏觀性能三者之間的相互關係的科學。

核化學

又稱為核子化學，研究原子核（穩定性和放射性）的反應、性質、結構、分離、鑑定等的一門學科。

物理化學

是一門從物理學角度分析物質體系化學行為的原理、規律和方法的學科，可謂近代化學的原理根基。

理論化學

運用非實驗的推算來解釋或預測化合物的各種現象。近年來，理論化學主要包括量子化學，即應用量子力學來解決化學問題。

量子化學

是應用量子力學的規律和方法來研究化學問題的一門學科。

結構化學

是研究原子、分子和晶體結構以及結構與性能之間關係的學科。近幾十年，這門學科獲得迅速發展，結構化學觀點不僅滲透到化學各個分支學科領域，同時在生物、材料、礦冶、地質等技術科學中也得到應用

輻射化學

輻射化學（英語：Radiation chemistry）為核化學的一部分，是一門研究輻射能作用於物體上產生的化學作用的學科；這與放射化學完全不同，因為經輻射被化學改變的物質不需要表現出放射性。其中一個例子就是將水轉變為氫氣與過氧化氫。

核燃料

與核武器中不可控的核反應不同，核反應堆能控制核反應的反應速率。對於裂變核燃料，當今一些國家已經形成了相當成熟的核燃料循環，包含對核礦石的開採、提煉、濃縮、利用和最終處置。大多數裂變核燃料包含重裂變元素，最常見的是鈾-235（²³⁵U）和鈽-239（²³⁹Pu）。這些元素能發生核裂變從而釋放能量。例如，鈾-235能夠通過吸收一個慢中子（亦稱熱中子）分裂成較小的核，同時釋放出數量大於一個的快中子和大量能量。當反應堆中的中子減速劑令快中子轉變為慢中子，慢中子再轟擊堆中其他鈾-235時，類似的核反應將能持續發生，即自我維持的核裂變鏈式反應。這使得自持鏈式反應成為可能，其釋放的能量用在核反應堆中以可以控制的速率釋放或在核武器中以非常迅速失控制速率釋放。目前商業核反應堆的運行都需要依靠這種可以控制的持續的鏈式反應維持，但不僅限於鈾元素這一種核燃料。
並不是所有的核燃料都是通過核裂變產生能量的。鈽-238和一些其他的元素也能在放射性同位素熱電機及其他類型的核電池中以放射性衰變的形式用於少量地發電。此外，諸如氚（³H）等輕核素可以用作聚變核燃料。由於目前尚未有投入運行的商業核聚變反應堆，故核燃料一般指的是都裂變核燃料。
目前在各種燃料中，核燃料是具有最高能量密度的燃料。例如，1千克鈾-235完全裂變產生的能量約相當於2500噸煤燃燒所釋放的能量。裂變核燃料有多種形式，其中金屬核燃料、陶瓷核燃料和彌散型核燃料屬於固體燃料，而熔鹽核燃料則屬於液體燃料，他們分別有著各自的特性，適用於不同類型的反應堆。

反應堆

核反應堆（英語：nuclear reactor）是一種啟動、控制並維持核裂變或核聚變鏈式反應的裝置。相對於核武爆炸瞬間所發生的失控鏈式反應，在反應堆之中，核變的速率可以得到精確的控制，其能量能夠以較慢的速度向外釋放，供人們利用。
核反應堆有許多用途，當前最重要的用途是產生熱能，用以代替其他燃料加熱水，產生蒸汽發電或驅動航空母艦等設施運轉。一些反應堆被用來生產為醫療和工業用途的同位素，或用於生產武器級鈽。一些反應堆運行僅用於研究。當前全部商業核反應堆都是基於核裂變的。今天，在世界各地的大約30個國家裡有被用於發電的大約450個核反應堆。

大氣化學

大氣化學是研究大氣組成和化學過程的學科，是大氣科學的一個重要分支學科。大氣化學研究的空間範圍從城市、區城向全球擴展，研究的時間尺度從幾天到幾年，以至幾十年。大氣化學研究的對象包括大氣微量氣體、氣溶膠、大氣放射性物質和降水化學等:研究的空間範圍主要是對流層和平流層；研究的手段有現場觀測、實驗室模擬和數值模擬等。研究大氣化學要涉及與光化學、均相非均相反應動力學、大氣擴散理論、痕量分析化學等領域；不僅研究大氣的化學反應，還要研究大氣的複雜物理化學過程的數值模擬。大氣化學的主要分支有：大氣痕量組成化學、對流層化學、平流層化學，如臭氧層的破壞、氣溶膠化學、降水化學、大氣放射性物質化學。

環境化學

環境化學是研究化學物質在環境中遷移、轉化、降解規律，研究化學物質在環境中的作用的學科。它不應與綠色化學，即探求如何減少潛在的污染源頭的學科搞混亂。它可以定義為研究源頭、反應、物質運動、作用效果、以及化學元素在空氣、土壤和水利環境的生存和人類活動對其的影響。
環境化學是在各個學科之間的科學，包括大氣、水生以及土壤化學，也減輕在分析化學和使環境與其他有關科學的部分發生關係起到很大作用。
環境化學重要的研究成果是發現DDT在環境中很難降解，並會在通過食物鏈在動物體內蓄積，導致在全世界禁止生產、使用DDT；另外發現氟里昂在環境中不降解，會消耗、破壞臭氧層，導致對氟里昂使用、生產的限制和無氟冰箱的出現，

宇宙化學

研究宇宙中物體的化學組成和形成這些組成的過程。這主要是通過研究隕石的化學成分和其它實物的樣本。由於隕石母體的小行星有些是太陽系形成初期凝固的第一批固體，宇宙化學通常，但不完全是研究與太陽系有關的物體。

藥物化學

藥物化學（英語：Medicinal chemistry），簡稱「藥化」，是建立在化學和生物學基礎上，對藥物結構和活性進行研究的一門學科。研究內容涉及發現、修飾和優化先導化合物，從分子水平上揭示藥物及具有生理活性物質的作用機理，研究藥物及生理活性物質在體內的代謝過程。
藥物化學的任務包括：研究藥物的化學結構和活性間的關係（構效關係）；藥物化學結構與物理化學性質的關係；闡明藥物與受體的相互作用；鑑定藥物在體內吸收、轉運、分布的情況及代謝產物；通過藥物分子設計或對先導化合物的化學修飾獲得新化學實體創製新藥。

藥理學

藥理學（英語：Pharmacology），是研究藥品與有機體（含病原體）相互作用及作用規律的學科。它既研究藥品對生物的作用及作用機制，即藥品效應動力學（Pharmacodynamics，簡稱藥效學）；也研究藥品在人體的影響下所發生的變化及其規律，即藥品代謝動力學（Pharmacokinetics，簡稱藥代動力學或者藥動學）。藥理學是以基礎醫學中的生理學、生物化學、病理學、病理生理學、微生物學、免疫學、分子生物學等為基礎，為防治疾病、合理用藥提供基本理論、基礎知識和科學思維方法，是基礎醫學、臨床醫學以及醫學與藥學的橋樑。

藥物效應動力學

藥物效應動力學（英語：Pharmacodynamics），簡稱藥效學，是藥理學的一個分支，主要研究藥物作用與藥理效應（即藥物對機體的作用及作用機制）、治療效果和不良反應。

臨床藥理學（英語：Clinical pharmacology）

研究藥品對於人體相互作用的規律。

神經藥理學（英語：Neuropharmacology）

研究藥品對中樞神經系統及周圍神經系統及其機能的影響。

精神藥理學

研究藥物對於神經系統與行為的影響。

遺傳藥理學（英語：Pharmacogenetics）

根據藥品基因組學，研究藥品代謝和效應個體差異的遺傳基礎。

藥物基因組學

將基因工程應用在藥品開發上

藥物流行病學（英語：Pharmacoepidemiology）

對某一已明確定義的族群，研究藥品對他們的影響。

系統藥理學

將系統生物學的理論應用到藥理學中。

毒理學

研究藥品或化學物質在過量使用時的不良反應及其分子目標。

理論藥理學

是將計算化學和藥理學結合的新生領域。

藥劑學

藥品製劑劑型的處方設計、生產工藝等，以藥品的吸收、分布、代謝及排泄關係的綜合技術科學。

劑量學（Posology）

研究對於不同的人，要如何決定藥劑的量。

生藥學

研究來自生物的藥品的成份、應用及發展。

環境藥理學

研究基因-環境相互作用、藥物-環境相互作用及毒物-環境相互作用的新興領域

牙科藥理學

研究牙科疾病常用的藥品。

神經化學

神經化學，是致力於神經化合物研究的神經科學分支。神經化合物是神經系統活動中的一個有機分子。
這規定經常使用提到神經傳送體和其它分子譬如影響神經元作用的神經活躍藥物。

農業化學

是一門利用化學來研究農學題的學科。

石油化學

研究石油及其產品的組成和性質、石化過程的一門學科。

煤化學

興起於18世紀產業革命之後。隨著蒸汽機的廣泛使用，作為蒸汽機重要動力來源的煤受到了科學界的廣泛重視和研究。

生物學

生物學（希臘語：βιολογία；拉丁語：biologia；德語、法語：biologie；英語：biology）或稱生物科學（biological sciences）、生命科學（英語：life sciences），是自然科學的一大門類，由經驗主義出發，廣泛研究生命的所有方面，包括生命起源、演化、分布、構造、發育、功能、行為、與環境的互動關系，以及生物分類學等。
這些是生物學的主要分支：

動物生理學

動物生理學研究動物體的機能（如消化、循環、呼吸、排泄、生殖、刺激反應性等）、機能的變化發展以及對環境條件所起的反應等。

解剖學

涉及生命體的結構和組織的生物學分支學科。

植物解剖學

瞭解植物體各部之功能。

植物學領域

簡單的學門分類可概分為：

藻類學

藻類學研究藻類植物的分類、形態、構造、生態、生理、生化、遺傳等等，其中又以分類、形態和生態兩個範疇較為成熟。
藻類分類研究藻類植物的門、綱、目、科、屬、種系統地位，以了解它們的資源區系和進化系統；藻類形態研究藻類植物的形態構造；藻類生態則研究藻類植物之間及它與周圍環境的相互關係。
藻類學還包括實驗藻類生態學（藻類生態生理學）、藻類生理、生化、藻類遺傳學，以至原核生物形的藻類的研究，以藍綠藻(cyanobacteria)為最著名。

生物和物理學領域

生物物理學、結構生物學、生醫光電學、醫學工程。

生物和醫學領域

感染性疾病、毒理學、放射生物學、癌生物學。

生物和資訊領域

生物資訊學、生物數學、仿生學、系統生物學。

環境和生物學領域

大氣生物學、生物地理學、海洋生物學、淡水生物學。

應用科學

應用科學是將自然科學的知識應用到實際問題上的科學，其多來源於實踐本身，會存在一定的非科學內容，於工程、醫學有著密切的關係。

應用物理學

物理學通常視做一種基礎科學，而非應用科學。物理學也被認為是基礎科學中的基礎科學，因為其它自然科學的分支，像化學、天文學、地球物理學、生物學的理論都必須遵守物理定律。。例如，化學研究物質的性質、結構、化學反應（化學專注於原子尺寸， 這是化學與物理的主要界線）。結構的形成是因為粒子與粒子之間彼此施加靜電力於對方。能量守恆、質量守恆、電荷守恆等等，這些物理定律主導了物質性質，化學反應。
應用物理學的課程規畫通常會選修一些應用學科的課程，像地質學或電機工程學。應用物理學與工程學不同，應用物理學不會特別地設計某種元件或機器，而是用物理理論或從事物理研究來發展某種新科技或解析某問題。
工程學應用到很多物理理論。例如，在學習建造橋樑與其它建築物的技術之前，必須先學會靜力學的理論。設計世界一流的音樂廳，必須先學會聲學。設計與製造更優良的光學元件必須先熟讀精思光學。經過考慮種種物理因素而設計出來的飛行模擬器、電子遊戲、電影等等，會顯得更加維妙維肖、栩栩如生。
物理學使用的一些探本溯源，格物致知的方法也可以使用於跨學科領域。物理學或多或少地影響了很多重要學術領域。例如，經濟物理學（econophysics）應用很多物理學裏的理論與方法來解析經濟學問題；這些問題時常會涉及不確定性或混沌。

物理聲學（波動聲學）

研究聲學的最基本問題，包括非線性聲學量子聲學等方面。

次聲學

次聲學，顧名思義就是研究次聲的產生、傳播、接收與應用的聲學分支。次聲是指頻率在20赫茲以下，不能被人耳辨認的聲音。最初人們只能從自然界中接收到高能量的次聲，高能炸藥和核武器的出現推動了次聲學的發展。

超聲學

應用如超聲檢測、評價和成像。

量子聲學

一般情況下，當頻率高到10⁹赫以上量子行為即顯示出來。

非線性聲學

振幅大的聲波有非線性現象。

水聲學

研究聲在海洋中的傳播和應用，如聲遙感。

語言聲學

是處理語音的聲學方面的語音學的子領域。聲學語音學研究諸如波形的均方振幅，其持續時間，其基頻或其頻譜的其它性質以及這些性質與其它語音學分支（例如發音或聽覺語音學）的關係的屬性，以及抽象語言概念，如電話，短語或話語。

心理聲學

是研究人對聲音感知的學科，即研究人對聲音（包括言語和音樂）的生理和心理反應的科學，是心理物理學的分支學科。

行星科學

行星科學（Planetary science，很少用planetology）是研究行星（包括地球）、衛星，和行星系（特別是太陽系），以及它們形成過程的科學。它研究對象的尺度從小至微流星體到大至氣態巨行星，目的在確定其組成、動力學、形成、相互的關係和歷史。它是高度科技整合的學科，最初成長於天文學和地球科學，但現在包含許多學科，包括行星地質學（結合地球化學和地球物理學）、大氣科學、海洋學、水文學、理論行星科學、冰川學、和系外行星 。類似的學科包括關心太陽對太陽系內天體影響的太空物理學和天文生物學。
還有相關於行星科學的觀測和理論分支與關聯性。觀測的研究涉及與太空探索的結合，主要是與使用遙測技術的機器人的太空船任務，和在地面實驗室所做的工作比較。理論部分涉及大量的電腦模擬和數學建模。
雖然全世界有好幾個純粹的行星科學研究所，但行星學家一般都在大學或研究中心的天文學和物理學或地球科學部門。他們每年都有幾個重要的會議，和範圍廣泛的等同綜述論的期刊。

地球科學

地球科學是指一切研究地球的科學，是行星科學的專門分支。各學科通常會以物理、地理、地質、氣象、數學、化學、生物的角度研究地球。

社會科學

社會科學是用科學的方法，研究人類社會的種種現象。如社會學研究人類社會（主要是當代），政治學研究政治、政策和有關的活動，經濟學研究資源分配。廣義的「社會科學」，是人文學科和社會科學的統稱。

經濟學

經濟學是一門對產品和服務的生產、分配以及消費進行研究的社會科學。西方語言中的「經濟學」一詞源於古希臘的οἰκονομία。起初這一領域被稱為政治經濟學，但19世紀經濟學家採用簡短的「經濟學」一詞來代表「經濟科學」，這也是為避免被誤解為政治學、數學和倫理學等領域。
經濟學注重的是研究經濟行為者在一個經濟體系下的行為，以及他們彼此之間的互動。在現代，經濟學的教材通常將這門領域的研究分為總體經濟學和個體經濟學。微觀經濟學檢視一個社會裡基本層次的行為，包括個體的行為者（例如個人、公司、買家或賣家）以及與市場的互動。而宏觀經濟學則分析整個經濟體和其議題，包括失業、通貨膨脹、經濟成長、財政和貨幣政策等。
其他的對照還包括了實證經濟學（研究「是什麼」）以及規範經濟學（研究「應該是什麼」）、經濟理論與實用經濟學、行為經濟學與理性選擇經濟學、主流經濟學（研究理性-個體-均衡等）與非主流經濟學（研究體制-歷史-社會結構等）。
經濟學的分析也被用在其他各種領域上，主要領域包括了商業、金融、和政府等，但同時也包括了如健康、犯罪、教育、法律、政治、社會架構、宗教、戰爭、和科學等等。到了21世紀初，經濟學在社會科學領域各方面不斷擴張影響力，使得有些學者諷刺地稱其為「經濟學帝國主義」。

軍事學

軍事學與甚多範疇有關，主要與戰爭有關。此外，軍事學本身包含了各種學問。軍事是政治的一部分，戰爭是政治的一種延續，是一國或者集團用暴力手段達到自己目標和目的的方式，而目標和目的往往與利益有關。戰爭是軍事的集中體現，但不是唯一的體現。第二次世界大戰（1939年－1945年）後的美國和蘇聯冷戰，就是一種威懾基礎上的迴避戰爭方式的鬥爭。在人類可以看到的未來，軍事始終是政治生活中重要的方面，並在科學技術上對人類生活予重大影響：人類很多科技成就往往先產生於軍事領域然後普及到非軍事領域的。

軍隊政治工作學

包括對軍隊內部的控管，及對敵心理作戰等。政戰（政工）制度源起於蘇聯共產黨在蘇聯紅軍中設置的政治委員，後期的中國國民黨與中國共產黨紛紛仿效。一開始「軍隊政治工作」，主要作為軍隊裡的思想檢查工具。但隨著時代演進，政戰人員的角色也有所轉換。

犯罪學

犯罪學（英語：Criminology）是一門社會科學，主題是尋找犯罪行為的現象與規律，尋找犯罪發生的原因，藉此尋找方法以減輕犯罪對社會的影響（最後這項於今日已被更精緻地分科為刑事政策，而與犯罪學同屬刑事學的分支學門）。除了針對犯罪人以外，犯罪學研究也會調查社會與政府對犯罪的認定標準和反應，以及研究如何改善被害人的處境。
在研究方法上，當世的犯罪學特別著重於應用社會學、心理學和經濟學的理論及研究方法來觀察和瞭解犯罪現象、成因。此外，隨著大腦神經科學和基因的研究興盛，這兩種領域的觀點也越來越受犯罪學的歡迎。

生物心理學、神經心理學、生理心理學、認知神經科學

生物心理學或行為神經科學從生物角度研究行為和心理過程。生物心理學中有不同的專業分支。例如，生理心理學運用動物模型，特別是老鼠，來研究神經、基因、細胞機能在學習、記憶、恐懼中產生的作用。知神經科學家利用神經成像工具研究神經與人類心理活動之間的關係，神經心理學家使用心理測評來進行科學研究，如大腦損傷帶來認知缺失的程度與表現形式。

臨床心理學

臨床心理學的研究與應用包括理解、預防、緩解心理痛苦與紊亂，促進心理健康和個人成長。雖然臨床心理學家也會參與研究、教學、諮詢、出庭作證、程序編訂與管理，但該分支的中心是心理測評與治療。一些臨床心理學家會著重於對腦損傷的病人進行臨床監護，這一領域被稱為臨床神經心理學。在許多國家裡，臨床心理學是受到管制的心理健康專業。
臨床心理學家所做的努力受到諸多治療方案的影響，所有方案都包括專業人士與患者（通常是個人、夫妻、家庭、或小群體）之間的正式關係。不同的治療實踐方案與不同的理論觀點相互關聯，採用不同的流程來建立治療組合、探究心理病因、鼓勵新的方法來思考、感受、行動。四大治療理論觀點包括精神動力治療、認知行為治療、存在—人本主義治療和系統/家庭治療。目前有趨勢表明一部分心理家正在努力整合各個治療派系，特別是在對文化、性別、精神、性取向的理解加深的情況下，這個趨勢更加顯著。在豐富的研究成果下，有證據表明各大治療派系的效果趨於等同，並共享相同的基礎元素，可以形成強大的心理治療組合。正因為如此，更多的心理學培訓課程採取了折中的治療趨向。

認知心理學

認知心理學研究心理活動中的認知。知覺、注意、理智、思維、解題、記憶、學習、語言、情緒都在它的研究領域之中。經典認知心理學與認知主義學派有相互聯繫，根據機能主義與實驗心理學，認知主義支持心理信息處理模型。
在更廣域的層面上，認知科學是一種跨學科範疇，包括認知心理學、認知神經科學、人工智慧、語言學、人機互動、計算神經科學、數理邏輯與人類學。計算機常被用於模擬這類實驗現象。 計算機模擬為研究思維的功能組織提供了工具，神經系統科學則為大腦活動提供了度量衡。

比較心理學

比較心理學指對非人類動物的科學研究，特別是與系統發展史、適應值、行為發展相關的領域。在此領域的研究討論許多問題，使用許多不同的方式，探索不同物種的行為，從昆蟲到靈長類動物。比較心理學與其它研究動物行為的學科，如動物行為學有緊密聯繫。比較心理學的研究有時會給人類行為研究帶來啟發，但是有時兩者的關聯卻十分矛盾，例如艾德華·威爾森所提出的社會生物學。動物模型常常被用來研究與人類行為相關的神經處理過程，例如在認知神經科學就常常應用動物模型。

發展心理學

發展心理學著重於人類意志在畢生當中的發展過程，試圖理解人們在世界中如何意識、理解、行動，並且研究這些現象是如何隨著年齡而改變的。這些研究可能會著重於認知、感情、道德、社交、神經的發展。研究人員在探究兒童案例時使用一系列特殊的方式，以使得觀察在自然的環境中進行，或是乾脆與他們在實驗中進行互動。這些實驗常常以遊戲或是活動的方式呈現，既好玩，又有科學意義；研究人員甚至設計出非常靈巧的方式以研究嬰兒的心理活動。在研究兒童心理之餘，發展心理學家也會研究人類畢生的老化過程，特別是在某些時段的快速轉變（例如青少年和老年）。發展心理學家設計了一整套心理學理論來支持他們的研究。

教育心理學

教育心理學是研究人類在教育過程中的學習、效率、授課心理以及學校作為一個組織的社會心理。兒童心理學家，如利維·維谷斯基、讓·皮亞傑、傑羅姆·布魯納、伯納德·羅斯金(Bernard Luskins)等人對教授方式與教學實踐都有重要影響。在許多國家裡，教育心理學都是教師的必修課。
學校心理學組合了教育心理學和臨床心理學，試圖理解、應付有學習障礙的學生；培育資優生；促進青春期親社會行為；或是提倡安全、互助、高效的教育環境。學校心理學家在許多領域，如教育行為評估、干預、預防、諮詢等都有了解、有的在研究領域頗有造詣。

演化心理學

演化心理學從現代演化觀點來研究心理的特質理論——例如記憶、知覺、語言等。它試圖去探究是何種人類心理特徵在適應進化，即，作為自然選擇和性選擇的功能產品。演化心理學家認為在人類先祖生活的環境下，心理適應的演化解決了呈周期性出現的問題。通過研究心理特質的演化及其適應性功能，演化心理學為其它心理學領域提供了最為近似的發展性解釋（即演化心理學專注於終極問題、或問「為什麼」，而不是近似的、或問「如何」）。

工業與組織心理學

工業與組織心理學(I–O)應用心理學概念與方法優化工作場所的人類潛能。作為I–O的分支，人事心理學應用心理學原理與方法對員工進行篩選與評估。I–O的另一分支組織心理學研究工作環境與管理風格對工作積極性、成就感和生產力的影響效果。

人格心理學

人格心理學關注個人持續性的行為、思想、情緒——這些被稱作是人格。人格理論因學派不同而有所不同，他們就潛意識的作用及兒時經歷的重要性有不同的假設。根據弗洛伊德，人格是基於本我、自我與超我之間的互動而產生的。與之相反，特質理論則嘗試使用離散統計數據來進行研究，所提出的特質種類也大有千秋。早期的漢斯·艾森克模型提出人格由三種基本特質組成：外向性與內向性、神經質、精神質。雷蒙德·卡特爾則提出了16條人格特徵。如今，人格維度模型受到越來越多的重視，例如DSM-V模型。

社會心理學

社會心理學研究人類彼此之間的看法以及它們是如何產生聯繫的。社會心理學家研究課題包括他人對個體行為的影響（例如：從眾、勸導）、信仰的建立、態度、對他人的刻板印象等。社會認知將認知心理學與社會學的元素聯繫在一起，試圖理解人們如何處理、記憶、扭曲社會信息。群體動力學研究揭示領導能力、交流及其他微觀層面現象的本質及其優化潛質。近些年來，許多社會心理學家對隱含尺度、中位模型、個人與社會價值互動所致行為倍感興趣。因此，對人類社會的研究可以發現導致心理紊亂的潛在原因。一些被應用到心理紊亂的社會學概念包括社會角色、病人角色、階層、生活事件、文化、遷移等等。

積極心理學

積極心理學從馬斯洛的人本主義心理學衍生而來。正向心理學運用實驗科學手法，研究人類的快樂與力量。與傳統臨床心理學不同，正向心理學關注健康人的保健。目前，正向心理學的介入已獲得了一些實驗性的肯定。在2010年《臨床心理學評論》(Clinical Psychological Review)中發表了一篇特刊，報導使用積極心理學方法介入(Intervention)的效果，例如感恩日記和物理形式的感恩表達。然而，對於介入的效果來講還需要進一步的研究。積極心理學介入仍然有局限性，但是他們的效果被認為高於安慰劑，特別是對於身體形象缺失者有更好的效果。

環境地理學

環境地理學是地理學的一門分支，從空間層面描述人類與凡自然世界的關係。環境地理學除了需要對人文地理學及自然地理學有認識外，亦需要對人類社會用作概念化環境的方法有所認知。
環境地理學出現作為人文地理學及自然地理學的橋樑的原因為以上兩個學科的日益專門化。此外，人類與環境的關係因為全球化及科技發展（technological change）而有所改變，要去理解這個一個正在改變及動態的關係便需要一個新的方法。環境地理學的研究範疇的例子有災害管理、環境管理（environmental management）、可持續性及生態政治學（ecopolitics）或政治生態學（political ecology）。

地理資訊學

地理資訊學（geomatics）是地理學的一門分支，它在1950年代的地理學計量革命（quantitative revolution）中首先出現。地理資訊學包含利用地圖學及測繪學所使用的傳統空間技術及電腦應用。地理資訊學與其他利用地理資訊系統及遙感方法的學科一起成為一門普遍的科目。地理資訊學亦引起部分地理部門的復興，此現象特別在1950年代經歷地理部門衰退的北美洲更為顯著。
地理資訊學包含大範圍的學科包括空間分析，例如地圖學、地理資訊系統、遙感探測及全球定位系統。

區域地理學

區域地理學是地理學的一門分支，她研究地球上不同大小的區域。其主要目的是去理解或定義個別地區包含人類及自然因素的獨特性或特色。區域地理學的注意力亦有放在區域化（regionalization）上，包括適合的的方法把空間分界成為區域。
區域地理學亦被認為是研究地理科學的必然方式（類似計量革命或批判地理學），詳細參見地理學歷史。

人類學

人類學（英語：anthropology）一詞，起源於希臘文「ανθρωπος（anthrōpos，人）」以及「λογος（-logia，學科）」，意思是研究人的學科。這個學科名稱首次出現於德國哲學家亨德在1501年的作品《人類學——關於人的優點、本質和特性、以及人的成分、部位和要素》（Antropologium de hominis dignitate, natura et proprietatibus, de elementis, partibus et membris humani corporis），當時人類學這個字指的是人的體質構造。當代人類學具有自然科學、人文學與社會科學的源頭。

考古學

考古學（英語：archaeology或archeology，源自古希臘文：ἀρχαιολογία, archaiologia ；ἀρχαῖος,arkhaīos，「古代」；以及-λογία, -logiā,「學問」），對於過去人類社會的研究，主要透過重建與分析古代人們的物質文化與環境資料，包括器物、建築、生物遺留與文化景觀。由於考古學運用許多不同的研究程序，它可被認定為一門科學與一門人文學，而且在美國，它是人類學的一個分支，在歐洲則是一門獨立學科。