經驗主義是邏輯實證主義（邏輯經驗主義）的前身。直到今天，經驗主義的方法還在影響自然科學，是自然科學研究方法的基礎。而自然科學方法則是傳統觀念的發展。然而近幾十年來，一些新的理論學說，例如量子力學，構成主義，托馬斯.庫恩的《科學革命的結構》已經開始對經驗主義在科學研究的方法上獨一無二的地位產生了輕微的衝擊。另一方面，諸如量子力學的一些理論證明了經驗主義的不可靠性：經驗主義不具有發現違反直覺的科學規律的能力以及對理論進行更改以適合這些規律的能力。

科學哲學是20世紀興起的一個哲學分支。早先主要指邏輯經驗主義（或稱邏輯實證主義）。主要研究科學的本性，科學理論的結構、科學說明、科學檢驗、科學觀察與理論的關係、科學理論的選擇等。代表人物主要有石里克、魯道夫•卡爾納普、波普爾、亨普爾、古德曼、庫恩、范弗拉森、蒯因、基切爾等。

科學是建立在經驗主義、實驗以及方法論自然主義之上的各種知識。科學家進行科學研究時，必須符合科學方法；而所謂科學方法，是指對自然現象進行各種實驗、觀察與描述，並且對這些現象背後的原理進行解釋。一般來說，超自然解釋並不為科學界接受。現代科學廣義上包含了研究自然現象的自然科學、探討人類社會的社會科學，以及能有效描述科學現象的數學。而這些學門又可分為純科學與應用科學。