Các nhà khoa học thường thừa nhận một tập hợp các giả định cơ bản cần thiết để biện minh cho phương pháp khoa học: (1) tồn tại một thực tại khách quan được chia sẻ bởi những người quan sát duy lý; (2) thực tại khách quan này được cai quản bởi các định luật tự nhiên; (3) những quy luật này có thể được khám phá bằng các quan sát có hệ thống và thí nghiệm.[7] Triết học về khoa học tìm kiếm một hiểu biết sâu sắc hơn về những giả định bên dưới này nghĩa là gì và liệu chúng có đúng đắn hay không.

Niềm tin rằng các lý thuyết khoa học tái hiện hoặc nên tái hiện một thực tại siêu hình khách quan được gọi là chủ nghĩa hiện thực. Nó có thể trái với chủ nghĩa phản hiện thực, quan điểm cho rằng sự thành công của khoa học không phụ thuộc vào việc nó phải chính xác hay không vào các thực thể không thể quan sát được như electron. Một hình thức của chủ nghĩa phản hiện thực là chủ nghĩa duy tâm, niềm tin rằng tâm trí hay ý thức là yếu tố căn bản nhất, rằng mỗi tâm trí sinh ra thực tại của nó [8]. Trong một thế giới quan duy tâm, cái đúng với một tâm trí không nhất thiết phải đúng với các tâm trí khác.

Có nhiều trường phái tư tưởng khác nhau trong triết học về khoa học. Lập trường phổ biến nhất là chủ nghĩa duy nghiệm, cho rằng tri thức được tạo ra bởi một quá trình bao gồm quan sát và các lý thuyết khoa học là kết quả của việc khái quát hóa từ những quan sát như vậy [9]. Chủ nghĩa duy nghiệm thường bao gồm chủ nghĩa quy nạp, một lập trường mà cố gắng giải thích các lý thuyết tổng quát có thể được biện minh từ một số hữu hạn các quan sát, và do đó, từ một số hữu hạn các bằng chứng thường nghiệm hiện có để khẳng định các lý thuyết khoa học. Điều này là cần thiết bởi số lượng các tiên đoán mà các lý thuyết tạo ra là vô hạn, có nghĩa là chúng không thể được biết từ hữu hạn các bằng chứng chỉ sử dụng logic diễn dịch. Nhiều phiên bản của chủ nghĩa duy nghiệm tồn tại, mà nổi bật là thuyết Bayes và phương pháp giả thuyết-diễn dịch.

Thuyết duy nghiệm trái với thuyết duy lý, lập trường ban đầu gắn với Descartes, cho rằng tri thức được tạo ra bởi trí năng con người, không phải bằng quan sát. Thuyết duy lý phê phán là một tiếp cận thế kỷ 20, được đề cập bởi triết gia Áo-Anh Karl Popper. Popper bác bỏ cách thuyết duy nghiệm mô tả mối liên hệ giữa lý thuyết và quan sát. Ông tuyên bố rằng các lý thuyết không phải được sinh ra bởi quan sát, mà quan sát được thực hiện dưới ánh sáng của các lý thuyết và lý thuyết chỉ bị ảnh hưởng bởi quan sát khi xung đột với nó. Popper đề xuất thay thế tính có thể kiểm đúng với tính có thể kiểm sai như là ranh giới lý thuyết khoa học (với phi khoa học), và thay thế phép quy nạp bằng phép kiểm sai như là một một phương pháp thực nghiệm. Xa hơn, Popper còn tuyên bố rằng chỉ có thực sự một phương pháp phổ quát, không riêng gì cho khoa học: phương pháp phủ định của phê phán, thử và sai. Nó bao hàm tất cả các sản phẩm của tâm trí con người, bao gồm khoa học, toán học, triết học và nghệ thuật [10].

Cách tiếp cận khác, thuyết công cụ, nhấn mạnh tính ích dụng của lý thuyết như các công cụ để giải thích và dự đoán hiện tượng. Nó coi các lý thuyết khoa học như các hộp đen mà chỉ có đầu vào (các điều kiện ban đầu) và đầu ra (các dự đoán) là đáng để quan tâm. Hệ quả của quan điểm này là các thực thể lý thuyết, các cấu trúc logic được coi là những thứ cần được phớt lờ và các nhà khoa học không nên làm ồn ã về chúng (như cuộc tranh luận trong diễn giải về cơ học lượng tử). Gần với thuyết công cụ là thuyết duy nghiệm kiến tạo mà theo nó, tiêu chuẩn chính cho sự thành công của một lý thuyết khoa học là những gì nó nói về các thực thể quan sát được là đúng.