Omdat de wetenschap een manier biedt om vragen over de kosmos op een duidelijke, rationele manier te beantwoorden, met bewijs om dit te ondersteunen, is een betrouwbare procedure nodig om de beste informatie te verkrijgen. Die procedure wordt gewoonlijk de wetenschappelijke methode genoemd en bestaat uit de volgende acht stappen: observeren, vragen om vragen stellen, informatie verzamelen, een hypothese vormen, de hypothese testen, conclusies trekken, rapporteren en evalueren.
De oude Griekse Aristoteles was de eerste die observatie en meting voorstelde als een methode om kennis over de wereld te verwerven. In de daaropvolgende eeuwen zouden denkers deze ideeën verfijnen, met name de islamitische geleerde Ibn al-Haytham, die zich ontwikkelde een vroege vorm van de wetenschappelijke methode, en Galileo, die het belang benadrukte van het testen op variabelen in experimenten.
De eerste stap van de wetenschappelijke methode is het observeren van een fenomeen, wat resulteert in de tweede stap: de vraag waarom dat fenomeen optreedt. Nadat voldoende informatie over het betreffende onderwerp is verzameld, kan een hypothese (educated guess) worden geformuleerd.
De hypothese moet vervolgens worden getest door een experiment uit te voeren, dat moet bewijzen of de gok waar of onwaar is. Om ervoor te zorgen dat de resulterende gegevens nauwkeurig zijn, moet het experiment meerdere keren worden herhaald, rekening houdend met variabelen.
Pas als de resulterende gegevens zijn geanalyseerd, kan een conclusie worden getrokken. Zelfs als een conclusie eenmaal is getrokken, moet deze worden gerapporteerd, waarna het nodig zal zijn om de conclusie te evalueren door: zoeken naar mogelijke fouten in de procedure en het bepalen van een vervolgvraag om meer te weten te komen over de fenomeen.
Soms kan de voortdurende inspectie van een fenomeen door middel van nieuwe waarnemingen en experimenten resulteren in de ontwikkeling van een theorie, die kan worden toegepast op andere niet-gerelateerde gebieden, maar kan worden gewijzigd als er nieuw bewijs is oppervlakken. Een theorie kan een wet worden als deze universeel is en niet in de loop van de tijd kan worden veranderd.