Naturvitenskapelig forskning drives i hovedsak ved at forskere lanserer teorier eller hypoteser for å forklare fenomen. Fenomener som forutsies av hypotesen testes mot observasjoner («empiri»), gjerne ved bruk av eksperimenter. Dersom teorien kan forklare observasjonene, er teorien styrket; hvis observasjonene motsier teorien, må teorien forkastes eller modifiseres. Den hypotesen som best forklarer et fenomen beholdes mens de andre forkastes. (Kjent som Ockhams barberkniv.) En hypotese som ikke kan forutsi målbare resultater som kan bevise at hypotesen er feil, regnes som uvitenskapelig. Arbeidsmåten kalles også for den hypotetisk-deduktive metode.