วิทยาศาสตร์คือ องค์ความรู้ที่เกิดขึ้นจากการสังเกตปรากฏการณ์ธรรมชาติ ด้วยการใช้กระบวนการค้นคว้าหาความรู้อย่างเป็นระบบ มีขั้นตอน และมีหลักฐานที่พิสูจน์ได้ด้วยเหตุผล วิทยาศาสตร์ไม่ใช่เป็นเพียงแค่การรวบรวมข้อเท็จจริงในโลกและจักรวาลเท่านั้น แต่ยังเป็นหนทางที่จะรู้จักและเข้าใจในปรากฏการณ์และสิ่งต่างๆ ด้วย

อย่างไรก็ตาม สิ่งที่วิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์แล้ว ก็ไม่ได้ถือว่าเป็นความจริงที่แน่นอนตลอดไป เพราะวิทยาศาสตร์จะเปิดกว้างให้มีการทบทวนและแก้ไขได้เมื่อมีหลักฐานใหม่ กระบวนการทางวิทยาศาสตร์จึงเริ่มต้นด้วยการคาดการณ์อย่างเป็นระบบ หรือที่เรียกว่า การตั้งสมมุติฐาน (hypothesis: ความเชื่อ ข้ออ้าง) ตามด้วยการทดลองที่เข้มงวดและทำซ้ำหลายๆ ครั้ง ความรู้ทางวิทยาศาสตร์จึงเป็นผลลัพธ์ที่ได้จากการทดลอง

วิทยาศาสตร์ตั้งอยู่บนข้อเท็จจริง (fact) ไม่ได้ตั้งอยู่บนความคิดเห็นหรือความพึงใจ กระบวนการทางวิทยาศาสตร์จึงได้ถูกออกแบบมา เพื่อให้เกิดการท้าทายในความคิดด้วยการวิจัย สิ่งหนึ่งที่สำคัญยิ่งในกระบวนการวิทยาศาสตร์คือ วิทยาศาสตร์มีจุดสนใจอยู่ที่โลกธรรมชาติเท่านั้น โดยไม่สนใจในสิ่งเหนือธรรมชาติ

วิทยาศาสตร์แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่คือ วิทยาศาสตร์ธรรมชาติที่ศึกษาปรากฏการณ์ธรรมชาติ กับวิทยาศาสตร์สังคมที่ศึกษาพฤติกรรมมนุษย์และสังคม โดยทั้งสองกลุ่มนี้เป็นวิทยาศาสตร์เชิงประจักษ์ หมายถึง องค์ความรู้จะต้องมาจากปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ และสามารถทดสอบความถูกต้องได้ด้วย ถ้าทำการศึกษาภายใต้สถานการณ์เดียวกัน

ความรู้ทางวิทยาศาสตร์จึงได้มาจากการทำวิจัยที่ใช้วิธีทางวิทยาศาสตร์ (scientific method) โดยมีขั้นตอนดังนี้

• ทำการสังเกต หมายถึง ตั้งใจดูในสิ่งหรือปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้น
• ตั้งคำถามในสิ่งที่สังเกต และเก็บรวบรวมข้อมูลที่สามารถวัดได้
• ตั้งสมมุติฐาน รวมถึงทำการพรรณนาเบื้องต้นในสิ่งที่ได้สังเกต และทำการพยากรณ์
• ทดสอบสมมุติฐานและคำพยากรณ์ ด้วยการทดลองที่สามารถทำซ้ำได้
• วิเคราะห์ข้อมูลที่ได้จากการทดลองและสรุปผล โดยผลลัพธ์เป็นไปได้ 3 ทางคือ  1. ยอมรับสมมุติฐาน 2. ปฏิเสธสมมุติฐาน 3. ดัดแปรสมมุติฐาน ถ้าจำเป็น
• ตีพิมพ์เผยแพร่ เพื่อให้คนอื่นสามารถทำการทดลองซ้ำได้
• ทำการทดลองซ้ำอีก จนกระทั่งไม่มีข้อแตกต่างระหว่างสิ่งที่สังเกตกับทฤษฎีเหลืออยู่

โดยสองข้อสุดท้ายมีความสำคัญที่สุด เพราะ “ถ้าไม่สามารถทำซ้ำได้ ก็จะไม่ถือเป็นวิทยาศาสตร์”

ข้อเน้นที่สำคัญของวิธีทางวิทยาศาสตร์ คือ

• สมมุติฐานต้องสามารถทดสอบได้ และอาจพิสูจน์ว่าเป็นเท็จ (falsifiable) ได้ด้วย
• การวิจัยต้องใช้ทั้งการให้เหตุผลแบบนิรนัย (deductive reasoning) และการให้เหตุผลแบบอุปนัย (inductive reasoning) การให้เหตุผลแบบนิรนัยเป็นกระบวนการของการใช้ข้อตั้ง (premise) ที่เป็นความจริง เพื่อนำไปสู่ข้อสรุปที่เป็นความจริงทางตรรกะ ส่วนการให้เหตุผลแบบอุปนัย เป็นกระบวนการที่ตรงกันข้าม
• การทดลองต้องมีทั้งตัวแปรอิสระ (independent variable) คือตัวแปรที่ไม่เปลี่ยนแปลง และตัวแปรตาม (dependent variable)  คือตัวแปรที่เปลี่ยนแปลง
• การทดลองต้องมีทั้งกลุ่มทดลอง (experimental group) และกลุ่มควบคุม (control group)  ซึ่งกลุ่มทดลองเป็นกลุ่มที่มีการเพิ่มตัวแปรเข้าไป ส่วนกลุ่มควบคุมเป็นกลุ่มที่ปล่อยให้เป็นไปตามธรรมชาติ  โดยกลุ่มควบคุมจะเป็นกลุ่มที่กลุ่มทดลองใช้เปรียบเทียบเพื่อดูผลกระทบของตัวแปรที่ใส่เพิ่มลงไป

ทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์เป็นความจริงเชิงประจักษ์ แต่ก็เปิดโอกาสให้พิสูจน์ว่าเป็นเท็จได้ ถ้ามีหลักฐานใหม่มาสนับสนุน ดังนั้นจึงไม่มีทฤษฎีใดเลยที่จะเป็นจริงตลอดไป เพราะวิทยาศาสตร์ยอมรับแนวคิดที่ว่า “ความรู้เชิงประจักษ์ไม่มีความแน่นอน”

ตัวอย่างทฤษฎีหรือความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่ยอมรับและถือว่าเป็นความจริงในอดีต แต่ปัจจุบันถูกแทนที่ด้วยทฤษฎีใหม่ หรือได้ถูกพัฒนาให้เป็นศาสตร์ใหม่ หรือได้ถูกยกเลิกไป เช่น

• โลกแบนและเป็นศูนย์กลางของจักรวาล ถูกแทนที่ด้วยโลกกลมและมีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง
• ระบบสุริยะมีดาวเคราะห์ 9 ดวง ถูกแทนที่ด้วยระบบสุริยะมีดาวเคราะห์ 8 ดวง
• โหราศาสตร์ได้พัฒนาเป็นดาราศาสตร์
• การเล่นแร่แปรธาตุ (alchemy) ได้พัฒนาเป็นเคมี
• การทำนายนิสัยใจคอโดยพิจารณาจากกะโหลกศีรษะ (phrenology) และอิทธิพลของตัวเลข (numerology) ได้ถูกยกเลิกไป เพราะถือว่าเป็นวิทยาศาสตร์เทียม (pseudoscience)

สรุปแล้ว ความจริงทางวิทยาศาสตร์จึงไม่ใช่ความจริงเสมอไป (ความจริงแท้-ปรมัตถสัจจะ) แต่เป็นความจริงโดยสมมุติ (สมมุติสัจจะ) ที่ตั้งต้นจากข้อตั้ง ซึ่งข้อตั้งอาจไม่เป็นความจริงก็ได้ ดังบทความบนเว็บ boredpandaเรื่อง ข้อพิสูจน์ 15 ข้อที่แสดงว่าแมวเป็นของเหลว (15 Proofs That Cats Are Liquids - https://www.boredpanda.com/cats-are-liquids/)

บทความเริ่มต้นด้วยข้อตั้งของนิยามว่า “ของเหลวจะเปลี่ยนรูปร่างตามสิ่งที่บรรจุ ในขณะที่ยังคงมีปริมาณเท่าเดิม” จากนั้นก็แสดงภาพของเหลวไหลลงสู่ภาชนะ เพื่อแสดงว่านิยามเป็นความจริง จากนั้นก็เสนอภาพแมวที่เข้าไปอยู่ในภาชนะต่าง ๆ เพื่อเป็นข้อพิสูจน์ให้เห็นด้วยตา (เชิงประจักษ์) ว่า แมวเปลี่ยนรูปร่างไปตามภาชนะที่บรรจุ (ดังรูป)

ที่มา: https://imgur.com/s7JtV

บทความดังกล่าวได้กระตุ้นความสนใจของ Marc-Antoine Fardinนักวิจัยชาวฝรั่งเศสจนถึงกับได้ลงมือทำวิจัย โดยใช้กรรมวิธีพลศาสตร์ของไหล (fluid dynamics) เพื่อตอบคำถามว่า "แมวเป็นได้ทั้งของแข็งและของเหลวหรือไม่" ทำให้เขาได้รับรางวัลอีกโนเบล สาขาฟิสิกส์ในปี พ.ศ. 2560

รางวัลอีกโนเบล: รางวัลที่ทำให้ขำก่อนคิด