在文藝復興時期有很多自然哲學家雖然並沒有完全擺脫諸如煉丹術和占星術等舊迷信的束縛，但真正的科學精神已經誕生。
對自然的興趣在中世紀時就已開始顯現，人們探索自然的興趣在以列奧納多·達·芬奇、哥白尼、伽利略、開普勒、牛頓為代表的科學探索中達到了巔峰。這些思想家完全去除了神秘和巫術的部分，試圖用科學的方式來解釋自然現象。
機械論取代了舊的亞里士多德的解釋方式--形式或者本質作用於質料促使後者實現形式的目標或者目的。機械論者認為所有自然現象都是物體按照固定的法則運動引起的。科學家通過數學揭示了行星運動的秘密，開普勒發現了行星運動的軌道，占星術變成了天文學；羅伯特·波義爾是一名鍊金術士，他將原子理論引入化學，並終結了鍊金術。一直到十九世紀的達爾文的理論中，反對神學思想的思潮達到了巔鋒，達爾文的理論試圖以因果和機械的方式揭示有機形式，而不是求助於外在於有機體的任何形式的生命力。
伽利略認為德謨克利特的原子論在哲學上超過亞里士多德。伽利略將所有變化都視為與物體的部分有關，既沒有起源也沒有衰落，萬物都是原子運動的結果。可感的形式是主觀的，性質是建立在數量關係的基礎上的，數量可以解釋所有的性質。因此，“宇宙之書是用數學符號寫成的。”凡是能夠度量的，就能夠被認識，不能度量的就不能被認識。列奧納多·達·芬奇、開普勒和伽利略發現並用公式明確表達的法則，是構成力學研究的基礎。他們的工作證實了哥白尼的太陽中心學說，地球不再被認為是宇宙不動的中心，和所有的行星一樣圍繞太陽旋轉。
教會剛開始接受哥白尼的太陽中心說，後來又因為“對天主教真理有害”而加以譴責，伽利略被迫放棄哥白尼的學說，並被宗教裁判所監視，直到去世。一直到艾薩克·牛頓爵士發現了萬有引力定律，哥白尼的學說才被證實，開普勒所闡述的行星運動定律被證明是萬有引力定律和其他物理力學的推論。
伽利略在科學問題上拒絕權威和神秘思辨，主張所有的一般命題都應當建立在觀察和實驗的基礎上，實驗應當輔以知性。將事實納入法則中，對偶然狀況進行抽象，從事實總歸那處他們的簡單、必然的原因。這就是思維過程。理想的研究方法是運用觀察、實驗和思維。
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