在文艺复兴时期有很多自然哲学家虽然并没有完全摆脱诸如炼丹术和占星术等旧迷信的束缚，但真正的科学精神已经诞生。
对自然的兴趣在中世纪时就已开始显现，人们探索自然的兴趣在以列奥纳多·达·芬奇、哥白尼、伽利略、开普勒、牛顿为代表的科学探索中达到了巅峰。这些思想家完全去除了神秘和巫术的部分，试图用科学的方式来解释自然现象。
机械论取代了旧的亚里士多德的解释方式--形式或者本质作用于质料促使后者实现形式的目标或者目的。机械论者认为所有自然现象都是物体按照固定的法则运动引起的。科学家通过数学揭示了行星运动的秘密，开普勒发现了行星运动的轨道，占星术变成了天文学；罗伯特·波义尔是一名炼金术士，他将原子理论引入化学，并终结了炼金术。一直到十九世纪的达尔文的理论中，反对神学思想的思潮达到了巅锋，达尔文的理论试图以因果和机械的方式揭示有机形式，而不是求助于外在于有机体的任何形式的生命力。
伽利略认为德谟克利特的原子论在哲学上超过亚里士多德。伽利略将所有变化都视为与物体的部分有关，既没有起源也没有衰落，万物都是原子运动的结果。可感的形式是主观的，性质是建立在数量关系的基础上的，数量可以解释所有的性质。因此，“宇宙之书是用数学符号写成的。”凡是能够度量的，就能够被认识，不能度量的就不能被认识。列奥纳多·达·芬奇、开普勒和伽利略发现并用公式明确表达的法则，是构成力学研究的基础。他们的工作证实了哥白尼的太阳中心学说，地球不再被认为是宇宙不动的中心，和所有的行星一样围绕太阳旋转。
教会刚开始接受哥白尼的太阳中心说，后来又因为“对天主教真理有害”而加以谴责，伽利略被迫放弃哥白尼的学说，并被宗教裁判所监视，直到去世。一直到艾萨克·牛顿爵士发现了万有引力定律，哥白尼的学说才被证实，开普勒所阐述的行星运动定律被证明是万有引力定律和其他物理力学的推论。
伽利略在科学问题上拒绝权威和神秘思辨，主张所有的一般命题都应当建立在观察和实验的基础上，实验应当辅以知性。将事实纳入法则中，对偶然状况进行抽象，从事实总归那处他们的简单、必然的原因。这就是思维过程。理想的研究方法是运用观察、实验和思维。
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