Теоретичний рівень наукового знання розчленовується на двох частин: фундаментальні теорії, у яких учений має справу з найбільш абстрактними ідеальними об'єктами, і теорії, що описують конкретну область реальності на базі фундаментальних теорій.

Сила теорії полягає в тому, що вона може розвиватися як би сама по собі, без прямого контакту з дійсністю. Оскільки в теорії ми маємо справу з інтелектуально контрольованим об'єктом, те теоретичний об'єкт можна, у принципі, описати як завгодно детально й одержати як завгодно далекі наслідки з вихідних представлень. Якщо вихідні абстракції вірні, то і наслідку з них будуть вірні.

Хоча наукова діяльність специфічна, у ній застосовуються прийоми міркувань, використовувані людьми в інших сферах діяльності, у повсякденному житті. Для будь-якого виду людської діяльності характерні прийоми міркувань, що застосовуються й у науці, а саме: індукція і дедукція, аналіз і синтез, абстрагування й узагальнення, ідеалізація, аналогія, опис, пояснення, пророкування, гіпотеза, підтвердження, спростування й ін.

Основними методами одержання емпіричного знання в науці є спостереження й експеримент.

Спостереження - це такий метод одержання емпіричного знання, при якому головне - не вносити при дослідженні самим процесом спостереження які-небудь зміни в досліджувану реальність.

На відміну від спостереження, у рамках експерименту досліджуване явище ставиться в особливі умови. Як писала Ф.Бекон, "природа речей краще виявляє себе в стані штучної скрутності, чим у природній волі".

Важливо підкреслити, що емпіричне дослідження не може початися без визначеної теоретичної установки. Хоча говорять, що факти - повітря вченого, проте збагнення реальності неможливо без теоретичних побудов. И.П.Павлов писав з цього приводу так: "...у всякий момент потрібно відоме загальне представлення про предмет, для того щоб було на що чіпляти факти..."