מכיוון שהמדע מציע דרך לענות על שאלות על הקוסמוס בצורה ברורה, רציונלית, עם ראיות התומכות בכך, יש צורך בהליך אמין בכדי להשיג את המידע הטוב ביותר. הליך זה מכונה בדרך כלל השיטה המדעית והוא מורכב משמונת השלבים הבאים: תצפית, שאלת א שאלה, איסוף מידע, גיבוש השערה, בדיקת ההשערה, הסקת מסקנות, דיווח ו הערכה.
אריסטו היווני הקדום היה הראשון שהציע תצפית ומדידה כשיטה להשגת ידע על העולם. במאות שלאחר מכן הוגים ישכללו את הרעיונות הללו, בעיקר המלומד האיסלאמי אבן אל-הית'אם, שהתפתח צורה מוקדמת של השיטה המדעית, וגלילאו, שהדגיש את החשיבות של בדיקת משתנים ב ניסויים.
השלב הראשון של השיטה המדעית הוא התבוננות בתופעה, המביאה לשלב השני: השאלה מדוע התופעה האמורה מתרחשת. לאחר איסוף כמות מספקת של מידע מתאים בנושא, ניתן לנסח השערה (ניחוש משכיל).
לאחר מכן יש לבחון את ההשערה על ידי עריכת ניסוי, שאמור להוכיח אם הניחוש נכון או לא נכון. כדי לוודא שכל הנתונים המתקבלים יהיו מדויקים, יש לחזור על הניסוי מספר פעמים תוך התחשבות במשתנים.
רק לאחר ניתוח הנתונים שהתקבלו ניתן להסיק מסקנה. גם לאחר קבלת מסקנה, יש לדווח עליה, ולאחר מכן יהיה צורך להעריך את המסקנה על ידי מחפש שגיאות אפשריות בהליך וקביעת שאלת המשך כדי לברר מידע נוסף על תופעה.
לפעמים הבדיקה המתמשכת של תופעה באמצעות תצפיות וניסויים חדשים עלולה לגרום ל פיתוח תיאוריה, שיכולה להיות מיושמת על אזורים אחרים שאינם קשורים, אך ניתן לשנותה אם יש ראיות חדשות משטחים. תיאוריה יכולה להפוך לחוק כשהוא אוניברסלי ולא ניתן לשנות אותו לאורך זמן.