در فلسفه علم مکاتب مختلفی وجود دارد. محبوبترین موضع تجربه گرایی است که معتقد است دانش توسط فرآیندی شامل مشاهده ایجاد میشود. نظریه های علمی مشاهدات را تعمیم میدهند. تجربه‌گرایی عموماً استقراءگرایی را در بر میگیرد، موضعی که توضیح میدهد چگونه میتوان نظریه‌های کلی را از مقدار محدود شواهد تجربی موجود ساخت. نسخه‌های بسیاری از تجربه‌گرایی وجود دارد که نسخه‌های غالب آن بیزی و روش فرضی-قیاسی است.

تجربه گرایی در مقابل عقل گرایی قرار گرفته است، موضعی که در اصل با دکارت مرتبط است، که معتقد است دانش توسط عقل انسان ایجاد میشود، نه مشاهده. خردگرایی انتقادی رویکرد متضاد قرن بیستم به علم است که اولین بار توسط فیلسوف اتریشی-بریتانیایی کارل پوپر تعریف شد. پوپر روشی را که تجربه گرایی ارتباط بین نظریه و مشاهده را توصیف میکند رد کرد. او مدعی شد که نظریه‌ها از طریق مشاهده ایجاد نمیشوند، بلکه مشاهده در پرتو نظریه‌ها انجام میشود: تنها راهیکه نظریه A می‌تواند تحت‌تاثیر مشاهده قرار گیرد، پس از تضاد نظریه A با مشاهده است، اما نظریه B برای زنده ماندن از مشاهده است. پوپر جایگزینی اثبات پذیری با ابطال پذیری را به عنوان نقطه عطف نظریات علمی، جایگزینی استقرا با ابطال به عنوان روش تجربی پیشنهاد کرد. پوپر همچنین ادعا کرد که در واقع تنها یک روش جهانی وجود دارد که مختص علم نیست: روش منفی انتقاد، آزمون و خطا که همه محصولات ذهن انسان از جمله علم، ریاضیات، فلسفه و هنر را در بر میگیرد.

رویکرد دیگر، ابزارگرایی، بر سودمندی نظریه ها به عنوان ابزاری برای توضیح و پیش بینی پدیده ها تأکید دارد. نظریه های علمی را به عنوان جعبه سیاه میبیند که تنها ورودی (شرایط اولیه) و خروجی (پیش بینی) آنها مرتبط است. ادعا میشود که پیامدها، نهادهای نظری و ساختار منطقی چیزی است که باید نادیده گرفته شود. نزدیک به ابزارگرایی، تجربه گرایی سازنده است که بر اساس آن، معیار اصلی موفقیت یک نظریه علمی این است که آیا آنچه در مورد موجودات قابل مشاهده میگوید درست است یا خیر.

توماس کوهن استدلال کرد که فرآیند مشاهده و ارزیابی در یک پارادایم اتفاق میافتد، یک “پرتره” منطقی سازگار از جهان که با مشاهدات انجام شده از چارچوب آن سازگار است. او علم عادی را فرآیند مشاهده و «حل معما» توصیف کرد که در یک پارادایم اتفاق میافتد، در حالیکه علم انقلابی زمانی رخ میدهد که یک پارادایم در تغییر پارادایم از پارادایم دیگر پیشی بگیرد. هر پارادایم سوالات، اهداف و تفاسیر متمایز خود را دارد. انتخاب بین پارادایمها شامل تنظیم دو یا چند “پرتره” در برابر جهان و تصمیم گیری در مورد اینکه کدام شباهت امیدوارکننده است. تغییر پارادایم زمانی اتفاق میافتد که تعداد قابل توجهی از ناهنجاریهای مشاهده‌ای در پارادایم قدیمی بوجود میآیند و یک پارادایم جدید آنها را معنا میکند. یعنی انتخاب یک پارادایم جدید مبتنی بر مشاهدات است، هر چند آن مشاهدات در پس زمینه پارادایم قدیمی انجام شده باشد. برای کوهن، پذیرش یا رد پارادایم به همان اندازه که یک فرآیند منطقی است، یک فرآیند اجتماعی است. با اینحال، موضع کوهن موضع نسبی گرایی نیست.

در نهایت، رویکرد دیگری که اغلب در بحثهای شکاکیت علمی علیه جنبشهای بحث برانگیز مانند «علم خلقت» به آن اشاره میشود، طبیعت گرایی روش شناختی است. طبیعت گرایان معتقدند که باید بین طبیعی و ماوراء طبیعی تفاوت قائل شد و علم باید به تبیینهای طبیعی محدود شود. طبیعت‌گرایی روش‌شناختی معتقد است که علم مستلزم تبعیت دقیق از مطالعه تجربی و تأیید مستقل است.