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Con la terminología "ciencia moderna" es ya habitual referirse a todo un período en el cual se pasa de una ciencia natural basada principalmente en la observación pasiva a una forma de hacer ciencia manipulando variables, y preparando experimentos para recoger observaciones que naturalmente no habrían sucedido o habría que haber esperado mucho para que se dieran tales fenómenos.
Otra de las características que empieza a destacarse en esta nueva manera de hacer ciencias es la importancia de llegar a los postulados más generales de la teoría a través de las observaciones. Esto es que se debería partir de las observaciones para proponer luego los principios generales de los cuales esas observaciones son casos aislados. Galileo dirá que primero observa, luego se imagina hipótesis y finalmente va a experimentar. Estas tres etapas parecen muy convincentes a la hora de pensar la práctica científica de un modo diferente al antiguo. 
En la ciencia antigua se buscaba que los postulados generales fueran afirmaciones cuya verdad fuera indiscutible, indubitable y por lo tanto, base segura para la deducción del resto de los enunciados que vendrían a darnos una descripción de la realidad. Así era como Euclides había organizado su Geometría, y así fue cómo desde Aristóteles se intentaba hacerlo en el resto de las disciplinas. Los postulados eran afirmaciones tan seguras que hoy llamaríamos verdades de perogrullo. Y como la deducción nos garantiza que partiendo de premisas verdaderas no podemos llegar a conclusiones falsas, entonces el resultado debía ser exitoso.
Pues bien en el período al que aludimos ahora, que se suele asociar típicamente con los trabajos de Galileo, pero debemos también incluir a Leonardo Da Vinci, Copérnico y Kepler, también pasa a ponderarse como una condición del trabajo científico que las relaciones entre variables puedan cuantificarse y así obtener una descripción matematizada de esos fenómenos. De hecho el descubrimiento de Kepler de que las órbitas de los planetas son elípticas y no circulares provino de disponer de mayor cantidad de datos (irónicamente provistos por el geocentrista Tycho Brahe, el astrónomo de mejores habilidades para la observación en la época) y que estos datos fueran de mucha mayor precisión para el cálculo de la órbita. Estos (matematización y precisión) seguirá siendo valores muy importante en las ciencias naturales, e incluso su ausencia será motivo de discordia respecto de si tal disciplina puede llamarse aun así, "científica".
Aparece entonces la inquietud sobre el [[método científico]]. Debe haber una manera de hacer ciencia correctamente y el resto debe desacartarse. Así las cosas había que buscar un fundamento para el conocimiento científico, y el conocimiento en general para luego dar los lineamientos de cómo debe ser el método para garantizar los resultados obtenidos.
En este punto hubo dos corrientes opuestas que intentaron dar esos fundamentos. 
Los racionalistas propusieron que partiendo de verdades indudables (como en el método demostrativo anterior, pero advertidos de la posibilidad de error que los antiguos no detectaban en sus verdades autoevidentes) el conocimiento tendría bases firmes como para poder seguir adelante mediante razonamientos. En esta línea se encontraban principalmente Descartes y Leibniz.
Los empiristas, en cambio, sostenían que todo conocimiento proviene, en última instancia, de la experiencia. Y entonces la experiencia será el juez último de toda disquisición teórica. Notemos cómo esta corriente ha influenciado en la formación de los científicos hasta la actualidad. Los principales defensores de esta otra corriente son Hume y Locke.