şması, merak duyguları, belirli kriterlerin doğmasına ve bunların çeşitli ideolojilere dönüşmesine yol açmıştır. Bilimin temelleri atılıncaya kadar, tartışma ve deney olgusu insanlar tarafından geliştirilmiş ve bu bir arayış haline dönüşmüştür. İlk dönemlerde belirgin bir felsefe-bilim ayrımı yoktur ve birçok büyük bilim insanı aynı zamanda filozoftur. Deneyin ve sonucun klişe haline gelmesi bilimin artık istenilebilir düzeye gelmesini sağlamıştır. 19. yüzyıla kadar gelişme kateden bilim aslında kendi içinde bir savaş vermiş, birçok özgün araştırmacı, düz mantıkla hareket eden ortaçağ liderlerine yenik düşmüştür. Aristo'nun fiziğinden daha farklı düşüncelere sahip olan Galileo kendi zamanının bilim insanlarıyla ters düşmeye başlamıştı. Bilim, tarihi sürecinde bu tip sahnelere sürekli tanık olmuş, deney ve gözlem sonucunda çöken kanunların yerini başkaları almıştır.

Gerçek ve varlığın amacını soruşturan felsefe sistematik düşünmeyi gerektirmektedir. Klasik antik çağ felsefesiyle başlayıp Thales, Anaksimenes, Pisagor, Demokritos, Gorgias, Empedokles, Heraklitos, Parmanides, Sokrates, Plotinos, Platon ve Aristoteles gibi filozoflar, gitgide gelişen ve şekillenen felsefi soruların şekillenmesini sağlamışlardır. Din odaklı Ortaçağ felsefesinde Hristiyanlığın kendisine bir aracı olarak kullandığı felsefe, Tanrı, bilgi, inanç eksenlerinde yoğun şekilde kullanılmıştır. Aydınlanma Çağı'nda yapılan felsefede akıl ön plana çıkmıştır. Düşünce sistemindeki temel görüş, insan aklının aydınlattığı kesin doğrulara ve bilgiye doğru ilerlemektir. Geçiş dönemi felsefesi olarak bilinen Rönesans felsefesi, bilimde ve düşünce sistemindeki yeni gelişmelerin yer aldığı bir dönemi kapsar. "Yeniden doğuş" manasına gelen "rönesans", önceki çağlardan çok farklı bir düşünce sistemine geçişin köprüsü konumundadır.

Bilim ve felsefenin ayrışması modern çağa yaklaşırken iyice belirginleşmiş, bununla birlikte felsefe ile bilim tamamen birbirinden kopmamış ve gerek genel olarak bilimin felsefesi olan "bilim felsefesi" gerekse bilim dallarının tek tek felsefi yönden incelendiği felsefe dalları (örneğin "fizik felsefesi") varlığını sürdürmekte ve gerek bilim gerekse felsefe alanlarında önemli roller oynamaktadır.

Gök bilimi, bilim dalları arasında en eski olanlardandır ve özellikle antik çağlarda en yoğun anlamda icra edilen, bilimlerin anası olarak görülen bir bilimdir. İnsanların gökyüzüne olan ilgisi, yukarıda asılı duran cisimleri incelemeye itmiş ve teleskobun bulunmasıyla bu gözlemler daha etkin bir hâl almıştır. Babilli olgusal astronomlara nazaran Yunan astronomları, matematiksel ayrıntıları özümseyerek bu bilimin gelişmesinde temel noktaları oluşturmuşlardır.

Roma İmparatorluğu'nun iktidarı altındaki Mısır'da yaşamış olan Batlamyus özellikle astronomi tarihi ve genel olarak bilim tarihi açısından önemli bir konuma sahiptir. Daha sonraları İslam astronomları tarafından "el-Mecisti" olarak anılacak olan "Hè Megalè Syntaxis" yani "Büyük Derleme" isimli astronomi konulu eseri Orta Çağ boyunca genel geçer kabul gören astronomi eseriydi ve yazarı olarak Batlamyus neredeyse mitik bir statüye getirilmişti. Batlamyus'un evren modeli geosantrik yani yermerkezciydi ve uzun yıllarca kabul gören bu sistemden güneş-merkezli bir sisteme geçiş tartışmalar doğurmuştur.

Polonyalı bir astronom olan Nikolas Kopernik, dünyanın ve diğer gezegenlerin, güneş etrafında döndüklerini açıklamış; heliyosantrik yani güneş-merkezli bir sistem ortaya atmıştır. Copernicus'un sistemini "Commentariolus" isimli bir risale ile arkadaşlarına tanıtmış daha sonra sistemini, Papa III. Paulus'a ithaf ettiği ayrıntılı bir şekilde başyapıtı sayılacak "De revolutionibus orbium coelestium" isimli eserinde açıklamıştır. Bu astronomi biliminde yeni bir dönem açılmasına sebep olmuştur. Teleskobu geliştirmesi, yaptığı astronomik gözlemler ve Kopernik'in sistemine verdiği destek ile tanınan İtalyan bilim insanı Galileo Galilei de astronomi ve fizik tarihi için önemli birisidir ve zaman içerisinde modern gözlemsel astronominin babası ve modern fizik biliminin babası gibi atıflara mazhar olmuştur. 1671'de ilk aynalı teleskobu yapan matematik ve fizikçi Isaac Newton uğraştığı bilim dallarının gelişmesine çok fazla katkıda bulunmuş diferansiyel ve integral hesabın temellerini atmıştır. Ayrıca Newton'un 5 Temmuz 1687'de yayımladığı, "Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri" ("Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica") kitabı klasik mekaniğin temellerini oluşturan Newton'ın hareket yasaları ve yer çekimi gibi önemli konuları içerir.

Alman teorik fizikçi Albert Einstein enerjinin ışık hızının karesiyle kütlenin eşit olduğunu 
E=mc² formülüyle ispatladı.Genel görelilik kuramı ve İzafiyet teorisi ile kütlenin uzay zamanı büktüğünü ve zaman,mekân,hareketin birbiriyle bağımlı olduğunu ispatlayıp brown hareketi
ile atomun varlığını kanıtladı. Leopold Infeld'la birlikte yazdığı Fiziğin evrimi kitabı ile kuantum ve mekân gibi konuları içerir.

Kimya, maddenin yapısını ve davranışlarını inceleyen bir bilim dalıdır. Fizikokimya, biyokimya, analitik kimya, anorganik kimya ve organik kimya temel dallarıdır. Tıp gibi pek çok bilim dalının yardımcısı konumunda olan kimya biliminin gıda, ilaç, boya, kozmetik ve tekstil alanlarında kullanımı dolayısı ile, en bilinen dalı organik kimyadır.

Antik çağlarda maddenin belirli temel elementlerden oluştuğu düşünülür ve birçok kültürde bunlar hava, su, ateş ve toprağı içerirdi. Bununla birlikte antik Yunan filozoflardan bir kısmı atom fikrini ortaya atmış ve her şeyin çok küçük yapıtaşlarından meydana geldiğini öne sürmüşlerdir. Bu filozoflara daha sonra atomcu filozoflar da denmiştir. Çok eski çağlardan beri insanlar metalürji ile uğraşmakta, çeşitli eşyanın yapımında kimyasal olayları ve bunların sonucu olan ürünleri kullanmaktaydılar; örneğin camdan eşyanın üretiminde. Orta Çağ'a doğru simya geleneği ortaya çıkmıştır. Simya geleneği kimyanın öncülüdür ve mistisizm, felsefe gibi ögelerle kimyasal çeşitli araştırmaların karışımından ibarettir. Simyada özellikle iki önemli kavram ve amaç bulunmaktaydı: biri zaman zaman "felsefe taşı" olarak da anılan ve her türlü maddenin veya metalin altına dönüştürülmesine yardımcı olacak efsanevi bir şey, diğeri ise içen kişiye ölümsüzlük veya çok uzun yaşam vadedecek "ölümsüzlük iksiri" yani "ab-ı hayat". 

Zamanla simyaya olan ilgi daha da bilimselleşmiş ve simyadan ayrık olarak kimya bilimi ortaya çıkmıştır. Modern kimyanın simyadan ayrışması ve temellerinin atılmasında önemli katkıları olan bir isim Robert Boyle'dur. Bugün özellikle ismini verdiği Boyle yasası ile tanınan Boyle atomcu fikriyatı savunan bir bilim insanıydı. Fransız bilim insanı Antoine Lavoisier ise kütlenin korunumu kanunu ile gerek kimya gerekse bilim tarihinde önemli bir adım atmış, "kimya biliminin babası" olarak da anıldığı olmuştur. Kendisi ayrıca oksijen ve hidrojeni tespit edip adlandırandır. 19. yüzyılın başına kadar kimyanın, öteki fizik bilimlerin tersine, tümevarım (induction) yönünün tümdengelim (deduction) yönünden daha baskın olması, onun biyolojik bilimlere daha yakın olmasına neden oluyordu. Ama matematik ve fizik yöntemlerin kimyaya uygulanması sonucu yeni bir bilim dalının, yani fizikokimyanın doğmasında başta Wilhelm Ostwald, Van't Hoff ve Arrhenius'un payları büyüktür. Kimyasal maddelerin fiziksel değişimlerini, fiziksel olayların kimyasal maddelerin özeliklerinden yararlanılarak açıklanmasını konu alan ve elektrokimya, kolloid kimyası, çekirdek kimyası ve polimer kimyası gibi kollara ayrılan fizikokimya, bu bilginlerin 1881'de "Zeitschrift Für Physikalische Chemie" adlı bilim dergisini yayımlamalarıyla bilim dünyasında kimyadan ayrı bir dal olarak yerini almıştır. İnsanların öğrenme ve araştırma merakı zamanla analitik (çözümlemeli) kimyanın doğmasına neden olmuş, bu durum zaman içinde koordinasyon kimyasının ve endüstriyel analitik kimyanın gelişmesine zemin hazırlamıştır. Analitik metotların keşfi tıp, biyoloji ve genetik alanında kimyanın kullanımını yaygınlaştırmıştır. Penisilin ve vitaminlerin keşfi ile kimya biliminin insanın yaşam kalitesini artırdığı gerçeğinin yanında gelişen teknolojinin üretim süreçlerinde kullanılmaya başlanması, çevre sorunlarına neden olmuş, bu durum doğal kaynakların ihtiyatsızca sarf edilmesi sonucunu doğurmuştur. Bu nedenle çevre kimyası ve su kimyası gibi alt bilim dalları da gelişmiştir.

Antik çağlardaki bilimsel etkinliklerde matematiğin önemli bir rol oynadığı, eski Mısırlılar, Mezopotamyalılar, Hintler gibi çok çeşitli kavimlerin matematikle uğraştıkları bilinmektedir.

Yunan matematiğinin en önemli isimlerinden olan Tales'in geometriyi, Mısır'da kaldığı süre içerisinde öğrenmesi ve bu bilimi etrafındakilere öğretmesi sonucunda gelişme devam etmiştir. Sayıların babası olarak anılan Pisagor'un ünlü teoremi onu zamanının en büyük bilim insanları arasında hatırı sayılır bir yere getirmiştir. 
Orta Çağ, özellikle Hint ve İslam matematikçilerinin yoğun çalışmalarına sahne olmuştur. 499 yılı kadar erken bir dönemde Hint matematikçi Aryabhata ilk sinüs trigonometrik tablolarını oluşturmuş, cebir, diferansiyel denklemler ve sonsuz küçük değerler için algoritmalar ve teknikler geliştirmiştir. 12. yüzyılda bir başka Hint matematikçi Bhaskara ilk kez diferansiyel kalkülüsün ve temel kavramlarının temellerini atmıştır. İslam bilim insanları da Orta Çağ'da birçok matematiksel buluş ve keşfe imza atmıştırlar. 9. yüzyılda el-Harezmi Hint-Arap rakam sistemi ve denklemlerin çözümü üzerine önemli eserler vermiştir. Nitekim "algoritma" sözcüğü isminin Latinizasyona uğramış hâlinden köken almıştır. Özellikle cebir alanındaki eski buluşları muhafazası ve getirdiği yeni gelişmeler sebebiyle Harezmi zaman içinde "cebirin babası" olarak anılmıştır. 12. yüzyılda yaşamış olan bir başka matematikçi Ömer Hayyam ise Öklid'in çalışmalarına eleştiriler getirmiş ve analitik geometri ile Öklid dışı geometrinin temellerini atmıştır. Ayrıca kübik denklemlere genel, geometrik bir çözüm getiren ilk matematikçi de kendisidir.