המבנה של מהפכות מדעיות
שלבי התפתחות המדע לפי קון

פרה-פרדיגמה – שלב ראשוני שבו מתעורר עניין בתחום מחקרי כלשהו, אך טרם נקבעה מסגרת המחקר בתחום זה. בשלב זה מתמקדת העבודה בתיאור אובייקטים ובתיחום המחקר. בהיעדר הסכמה כוללת בעולם המדע, ההכרעות בשאלות מחקריות נתונה בידי המדען הבודד. השלב מאופיין בריבוי אסכולות ובהיעדר שפה משותפת בין חוקרים שונים. אין קריטריון מוסכם לקביעת הרלוונטיות של עובדות שונות לתחום המחקר, ולכן המדענים מתמקדים באיסוף אקראי של עובדות המצויות בהישג יד. דרך איסוף זו יוצרת מערבולת של עובדות שקשה לאתר בהן חוקיות. דוגמאות לשלב הפרה-פרדיגמטי המופיעות בספרו של קון: מחקר האופטיקה הפיזיקלית לפני תקופתו של ניוטון, מחקר החשמל במחצית הראשונה של המאה ה-18. השלב הפרה-פרדיגמטי מסתיים כאשר אחת מהאסכולות משיגה הישג בולט שלא ניתן להתעלם ממנו.
עליית פרדיגמה ותחילת תקופה של מדע תקני - הפרדיגמה היא מסגרת שהקהילה המדעית מקבלת על עצמה והיא מתווה לקהילה את אופי המחקר בתקופת המדע התקני. הפרדיגמה כוללת את תיחום בעיות המחקר הרלוונטיות לתחום המדעי, את חוקי המחקר בתחום, דרכי פתרון לדוגמה, שקון מכנה "אקסמפלארים", את המכשור המתאים לצורכי המחקר, את היישומים הנלווים לו, את ההכללות הצורניות (נוסחאות וכו'), ואת האמונות המטאפיזיות המשותפות לקהילה (למשל: יש/אין ואקום, העולם מורכב מארבעה יסודות/חלקיקים/חלקיקים וגלים). קון מדגיש כי כדי שתאוריה תתקבל כפרדיגמה עליה להיראות טוב יותר ממתחרותיה, אבל אין היא נדרשת להסביר את כל העובדות בתחום. למעשה, עליה להשאיר "קצוות פרומים", על מנת לאפשר את המשך העיסוק המדעי בתחום.
קבלתה של פרדיגמה בתחום מדעי מאפשרת לייעל את עבודת המחקר באותו התחום. בתקופה זו נושא המחקר אופי של מדע תקני, שהוא מדע המתנהל לאורה של פרדיגמה ובו, לפי קון, המדענים עוסקים ב"פתרון חידות" (חידה היא בעיה שיש לה פתרון ודאי וכן אוסף כללים המגבילים את הפתרונות האפשריים ואת הדרך להגיע לפתרונות אלו). היבט זה מתאפשר מאחר שהפרדיגמה מכוונת את תהליכי איסוף העובדות וניסוח התאוריות ומעודדת מדענים לקחת על עצמם עבודות מדויקות, אזוטריות ותובעניות יותר. המחקרים בתחום זה אינם נדרשים שוב לבנות את גוף הידע מן המסד, אלא יכולים להתבסס על מונחים ועקרונות מוסכמים. עיקר העבודה של המדענים מבוצעת בשלב המדע התקני. המצג של התקדמות המדע כתהליך ליניארי של צבירת ידע, נמצא לפי קון רק בתוך המצב של מדע תקני שבו נצבר עוד ועוד ידע סביב גישה מארגנת אחת. בתהליך זה, משנים המחקרים את האוריינטציה שלהם, והם פונים יותר ויותר אל עמיתים אנשי מקצוע ופחות אל הקהל הרחב. למרות שמקובל לחבר את קון עם המושג "מהפכה", קון טוען שהמדע התקני הוא השלב המרכזי בהתפתחות המדע ובהיעדר מדע תקני לא יכול לפרוץ משבר.
קון מחלק את המחקר בשלב המדע התקני לשלוש קטגוריות: איסוף פרטים, אישוש וחיזוק הפרדיגמה, פיתוח ושיפור הפרדיגמה. כפי שניתן להבין מחלוקה זו, קון טוען כי המדען בשלב המדע התקני פועל בתוך התחום המוגדר על ידי הפרדיגמה ואיננו מבקש לערער על נכונותה. למדענים, על פי קון, יש אינטרס לשמור על מסגרת המחקר המוכרת להם, ולכן אין ברצונם לחדש, במובן העמוק של המילה. המדע התקני משיג הישגים, מרחיב את היקף הידע ומגדיל את הדיוק של הידיעה המדעית, ולכן מבטיח סיפוק למדען שיפעל במסגרתו. למרות זאת, אנו מכירים מההיסטוריה של המדע תגליות שהובילו לחידושים מדעיים. לתגליות אלו קורא קון אנומליות, והן העשויות להוביל למהפיכות מדעיות.
אנומליות – אי התאמות, חריגות או סטיה של הטבע מהחיזויים של הפרדיגמה השלטת במדע התקני. ככל שמדע מתפתח יותר, והפרדיגמה נרחבת ומדויקת יותר, כך נוצרות יותר אנומליות. דוגמות שמציג קון בספרו לאנומליות: גילויו של לבואזיה שמתכת שנשרפת מוסיפה למשקלה ולא מפחיתה ממנו, בניגוד לחיזויים של תיאורית הפלוגיסטון, גילוי קרני הרנטגן, גילוי צנצנת ליידן. בתגובה לאנומליות מנסים המדענים להתאים את הממצאים לפרדיגמה על ידי בדיקה רחבה של אזור החריגה. הדברים עשויים להסתיים על ידי הוספת הסברים אד הוק לתאוריה המזוהה עם הפרדיגמה, או להתפתח למשבר.
משבר – כשיש אי התאמות רבות מדי (אנומליות), ופתרונות אד-הוק לא מצליחים לפתור את הסתירה נוצר משבר. שלב המשבר מאופיין כשלב מעבר, בעל מאפיינים דומים לשלב הפרה-פרדיגמטי. המדענים, המחפשים הצלה לפרדיגמה, אוספים נתונים חדשים בצורה לא מסודרת, דרכי העבודה התקניות נפרצות ומופיעות ספקולציות פילוסופיות. למשבר יש השפעה פסיכולוגית עמוקה על קהילת המדענים ובדרך כלל ישנו קושי עצום בוויתור על הפרדיגמה השלטת. המשבר עשוי להסתיים בהצלת הפרדיגמה, בהתעלמות מהבעיה (לפחות לזמן מה) או בקריסת הפרדיגמה והתרחשותה של מהפכה מדעית.
החלפת הפרדיגמה המדעית היא תהליך סוציולוגי בעיקרו הדומה להמרת דת. אף על פי כן, קון טוען שהחלפת הפרדיגמה נעשית באופן רציונלי, משום שבבחירה בין התאוריות המתחרות המדענים מחילים ערכים רלוונטיים ורציונליים כגון פוריות, פשטות, עקביות ודיוק. פילוסופים אחרים וסוציולוגים ביקרו את עמדתו זו של קון, באומרם שערכים כגון פוריות ופשטות הם עמומים וסובייקטיביים מטבעם, ויכולים אף לסתור זה את זה, ולכן החלפת הפרדיגמה היא תהליך לא רציונלי מטבעו. 
בסיום המהפכה המדעית, פרדיגמה חדשה מקבלת מעמד שליט בתחום, והתחום חוזר לשלב המדע התקני.