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科學理論很適合用來解釋自然（和非自然）世界是如何運轉的，它以被充分證實和經過再三觀察的可複製的現象為基礎。因此，以實驗為根據的科學理論具有預測性、通用性、可測試性。相比之下，科學定律沒為任何現象提供力學解釋，僅僅是對發生的事情進行了長久觀察。一旦研究或檢測揭示出現象的新經驗數據，那麼過時的理論，比如燃素理論，會被馬上拋棄。

科學理論以科學方法的進化為基礎，開始於亞里斯多德在他的《工具論》一書中設計的對科學觀察的歸納演繹法。但亞里斯多德的理論不是公式化理論的唯一方法；關於「推斷」如何以及為什麼會產生自然特性，伊比鳩魯設計出了自己的法則。黑暗時代的歐洲人不太重視科學（他們更關心如何在戰爭、瘟疫和饑荒中生存下來），但1021年，阿拉伯物理學家伊本•阿爾•海賽姆，歐洲人稱他為阿爾哈曾，設計出了提出科學理論的方法：觀察、實驗、理性邏輯。

一旦歐洲擺脫困境，文藝復興時期的人文主義者便把他們的觀點注入到科學理論應該如何產生之中。弗朗西斯科•桑切斯在他的著作《1571至1573》中認為唯一真實的認知方法是以懷疑為基礎，因此，法蘭西斯•培根發明了排除歸納法來作為提出科學理論的基礎。笛卡爾、伽利略和牛頓將他的方法進行了改善。20世紀，查爾斯•皮爾士、卡爾•波普爾、湯瑪斯•孔恩討論並改進了科學方法應該是什麼的觀念，為所有研究學科的各類探究都建立了標準。

當然還有其他一些認識宇宙的方法，這些方法不太以實驗為根據，但科學理論依然根植於現實…並且帶來了文明的見解和科技，讓人們的生活更加舒適。