自然科學發展史是研究自然科學發展過程和規律的科學。它以歷史事實為依據，通過分析科學發展的歷史進程，總結科學發展的歷史經驗，揭示其規律。在自然科學發展的歷史長河中，近代出現了三次嚴重的危機，也帶來了三次重大突破，從而推動了自然科學的進壹步發展。
現代自然科學始於天文學革命。天文學是最古老的科學。在西方，經過畢達哥拉斯、柏拉圖、希帕克斯、托勒密等人的研究，提出了幾種不同的理論體系，成為最具理論色彩、最具理論模型的學科。同時，天文學與人們的生產生活密切相關。人們依靠天空進行農業、畜牧業、航海和觀測時間，這必然會促進天文學的發展。然而，天文學在當時是壹門非常敏感的學科。在天文學領域，兩種世界觀和新舊思想的鬥爭非常激烈。尤其是中世紀後期，天主教會別有用心地給托勒密的地心說披上了神秘的面紗。堅持地球在宇宙中心，證明了上帝的智慧。上帝派人到地球上統治萬物，壹定會讓地球這個人類的居住地成為宇宙的中心。在這種荒謬的說法被奉為權威之後，托勒密的理論成為了不容置疑的結果，嚴重阻礙了天文科學的進步。然而，在地心說基礎上產生的儒略歷在325年被確定為基督教歷法後，其微小誤差經過長時間的積累，已經到了不可忽視的地步，與觀測數據大相徑庭。壹位葡萄牙王子的船長曾說:“雖然我們非常崇拜著名的托勒密，但我們發現壹切都與他所說的相反。”托勒密體系的錯誤日益暴露，人們迫切需要建立新的理論體系。當時文藝復興蓬勃發展，不僅極大地解放了人們的思想，也促進了近代自然科學的產生。波蘭天文學家哥白尼適應了時代的要求。從65438年到0506年，他在弗隆堡壹座教堂的閣樓裏仔細觀察了30年的天象，從而創立了壹種新的天文學理論——日心說。1543年，哥白尼發表了《天體運行論》，這是近代自然科學誕生的主要標誌。日心說的提出，還原了地球上普通行星的本來面貌，猛烈地震撼了科學界和思想界，動搖了封建神學的理論基礎，是天文學發展史上的重要裏程碑。
這壹時期，自然科學發展輝煌，取得了壹系列重大成果。但從宏觀上看，科學發展滯後於生產技術。比如鐘表在實踐中已經得到了廣泛的應用，但是人們不知道是什麽因素決定了鐘表運動的周期；戰爭中發射了無數的子彈和炮彈，但不清楚如何計算彈道，如何提高命中率。微觀上，經典力學的發展比較完善。在天體力學中，開普勒發現了行星運動三定律(橢圓定律、面積定律和周期定律)；1632年，伽利略發現了自由落體定律；1687年，牛頓出版了《自然哲學的數學原理》，系統闡述了牛頓的力學三定律(慣性定律、作用力與反作用力定律、加速度定律)和萬有引力定律。這些定律構成了壹個統壹的體系，在壹個理論中概括了天上和地上物體的運動。這是人類認識史上第壹次對自然規律的理論概括和綜合。但這壹時期其他學科還很落後，主要是在收集資料、積累經驗、整理方面。例如，在18世紀，瑞典生物學家林奈致力於植物的分類，他寫了《自然系統》壹書，使關於植物的混沌知識形成了壹個完整的系統。在化學領域，英國科學家波義耳將嚴謹的實驗方法引入化學，他被稱為現代化學的奠基人。德國科學家斯塔爾蒂提出燃素理論來解釋化學反應。燃素理論作為化學的理論成果，統治了化學領域近100年。
科學的發展不是憑空進行的，必須以已有的科學成果為起點。當時已有的天文學和數學知識為力學的發展創造了前提，力學相對完善的發展促成了哲學史上力學性質概念的形成。因為，從人類認識的規律來看，人類對客觀事物的認識總是從認識簡單事物到深化認識復雜事物，而認識機械運動是科學認識的首要任務。在科學認識的第壹階段，把事物當作暫時沒有關系的固定事物來研究，無可厚非。壹旦科學家把壹切高級復雜運動簡單地比作機械運動，照搬力學中的外力，就成了否定事物內在矛盾的機械外在性理論。他們認為自然是絕對不變的，它只是在空間上擴張以顯示其多樣性，而在時間上沒有變化，也沒有發展的歷史。不變的行星必須永遠圍繞不變的太陽旋轉。因為不承認物質的發展，所以無法回答自然界的壹切從何而來。最後只能用上帝的創造力來解釋，自然科學回歸了神學。
1755年，德國著名哲學家康德出版了《宇宙發展引論》，其中提出了著名的星雲假說。康德的星雲假說可以更好地解釋太陽系的壹些現象。他認為太陽系和所有的恒星都是由原始星雲在引力和斥力的作用下逐漸聚集起來的。宇宙萬物皆有生死，發展無止境。恩格斯在1875年寫的《自然辯證法導論》中，對康德的星雲假說評價很高。說它“包含了壹切繼續前進的起點。”因為既然地球是隨著太陽系的形成而逐漸形成和發展的，那麽地球上的壹切事物，比如山川河流、動植物，自然都有其逐漸形成和發展的歷史。“如果我們立即繼續堅定地朝這個方向研究，那麽自然科學現在將會取得很大的進展。”康德的星雲假說強烈沖擊了形而上學的機械自然觀，這是繼哥白尼的天文學革命之後的又壹次科學革命。
從65438年到20世紀60年代，英國開始了工業革命，這也是近代第壹次技術革命。但在第壹次工業革命時期，很多技術發明大多來源於工匠的實踐經驗，科學與技術並沒有真正結合。簡而言之，在18世紀中葉之前，自然科學研究主要采用觀察、實驗、分析、歸納等實證方法，對現象知識進行記錄、分類和積累。18世紀中期以後，由於啟蒙運動的發展，“自然科學進入了理論的領域，在那裏經驗的方法是沒有用的，只有理性的思考才能有所幫助。”理性思維是對感性材料進行抽象和概括，建立概念，用概念進行判斷和推理，提出科學假說，進而建立理論或理論體系。19世紀的道爾頓原子論，阿伏伽德羅的分子學說，門捷列夫的元素周期律，康德的星雲假說，最初都是以假說的形式出現的。但康德的星雲假說壹開始並沒有得到人們的重視，直到19世紀，由於自然科學不斷揭示自然過程的辯證本質，才終於敲響了哲學領域形而上學的喪鐘。
19世紀是科學時代的開始。在天文學領域，科學家們開始談論太陽系的起源和演化。在地質學領域，英國地質學家賴爾提出了地質漸變理論。在生物學領域，細胞學說、生物進化論、孟德爾遺傳定律相繼被發現。在化學領域，原子分子理論得到了科學的肯定；拉瓦錫推翻了燃素說，成為發現質量守恒定律的第壹人。1869年，俄羅斯化學家門捷列夫發表了元素周期律的圖表和題為《元素性質與原子量的關系》的論文。在這篇論文中，門捷列夫預言了十壹種未知元素的存在，後來被壹壹證實。19世紀最重要的科學成就是電磁理論的建立和發展。
在19世紀之前，人們基本上認為電和磁是兩種不同的現象，但人們也發現兩者之間可能存在某種聯系，因為水手們不止壹次看到指南針上的磁針在打雷時會偏轉。1820年7月，丹麥教授奧斯特通過實驗證實了電和磁的相互作用。他指出磁針的方向與電流的方向有關。這說明自然界中除了沿物體中心線作用的力外，還有壹個旋轉力，這是牛頓力學無法解釋的。於是，壹門新的學科電磁學誕生了。
奧斯特的發現震驚了物理學界，科學家們接連做了各種實驗，試圖找出電和磁的關系。法國人安培提出了電動力學理論。英國化學家和物理學家？??831年，他總結了電磁感應定律，1845年，他還發現了“磁光效應”，播下了電、磁、光統壹理論的種子。但是法拉第的理論都是用直觀的形式表達的，缺乏精確的數學語言。後來，英國物理學家麥克斯韋克服了這個缺點。1865年，他根據庫侖定律、安培力公式、電磁感應定律等經驗定律，運用矢量分析的數學手段，提出了真空中的電磁場方程。後來麥克斯韋推導出電磁場的波動方程，從波動方程推導出電磁波的傳播速度正好等於光速，並預言光也是電磁波。這就統壹了電、磁、光，是繼牛頓力學之後對自然規律的又壹次理論概括和綜合。
1888年，德國科學家赫茲證實了麥克斯韋電磁波的存在。利用赫茲的發現，意大利物理學家馬可尼和俄羅斯波波夫先後實現了無線電的傳輸和接受，使有線電報逐漸發展成為無線電通信。這些電器都需要大量的電力，遠遠不是弱電池所能提供的。1866年，第壹臺自激發電機問世，大大提高了電流強度。20世紀70年代，歐洲開始進入電力時代。80年代建成中央電站，解決了遠距離輸電問題。電力的廣泛應用是繼蒸汽機之後現代史上的第二次科技革命。電磁學的發展為這場科技革命提供了重要的理論準備。由於自然科學的新發現被迅速應用於生產，第二次工業革命在歐美國家蓬勃發展。
19世紀，自然科學在許多領域取得了輝煌的成就。物理學中所有的基本問題，基本上都是在牛頓力學的基礎上解決的。科學家發明了壹種物質承擔者——以太，用於牛頓力學無法解釋的電磁現象。電磁現象歸結於以太的機械運動，他們認為整個物理世界都可以歸結於絕對不可分的原子和絕對禁止的以太。
正當經典物理學達到巔峰，人們陶醉於“完美”的境界時，壹系列震驚整個物理學界的重大事件意外發生了。首先，邁克爾遜和莫雷進行了著名的以太漂移實驗，尋找地球相對於絕對靜止的以太運動，但實驗結果與經典理論的預言相反。在比較熱和熱輻射的研究中，出現了“紫外線災害”等經典理論無法克服的矛盾。經典物理學再次受到嚴重挑戰，第三次面臨重大危機。
19世紀末，德國物理學家倫琴發現了壹種能穿透金屬板使底片感光的X射線。不久，貝克雷爾發現了放射性。居裏夫婦受貝克雷爾的啟發，發現了釙和鐳的放射性，並在困難的條件下提取出輻射強度比鈾強200萬倍的鐳。1897年，湯姆遜發現了電子，打破了原子不可分的傳統觀念。電子和元素放射性的發現，打開了原子的大門，使人們的認識深入到原子內部，為量子理論的建立奠定了基礎。量子理論是壹門反映微觀粒子結構及其運動規律的科學。與此同時，相對論在研究電磁效應和時空關系中應運而生。相對論將力學與電磁學以及時間、空間和物質的運動聯系起來。這是繼牛頓力學和麥克斯韋電磁學之後，物理學史上又壹次偉大的綜合。量子論和相對論是現代物理學的兩大支柱，是20世紀科學技術飛速發展的理論基礎。
上世紀四五十年代，第三次科技革命興起。電子計算機的發明和應用是科技發展史上劃時代的成就。蒸汽時代和電氣時代的技術發明大多是為了延長人的肢體和感官功能，解放人的體力，而電子計算機是為了延長人的大腦功能。它開始取代人類的部分腦力勞動，在壹定程度上物化和放大了人類的智力，極大地增強了人類認識和改造世界的能力，如今它廣泛滲透和影響著人類社會的各個領域。