Revoluční objev na počátku 20. století, převrátil se, že povaha vychází z příčiny k účinku. Fyzikové zjistili, že chování subatomárních částic hmoty-ti uvnitř atomu-nemůže být popsán s jistotou. Zjistili, že událost v atomu nemůže být popsán jako důsledek jisté, ale jen jako pravděpodobný důsledek, jiné události. Tento objev vedl mnohé vědce, aby věřil, že vesmír se skládá z komplexních, nejisté jevy, které se nikdy plně pochopeny. Vědecké teorie a zákony přišel být považován za prohlášení, které jsou přibližně, ale ne úplně, to je pravda.
Další nový pohled, který se stal významným díky úsilí amerického fyzika Percy Williams Bridgman, byl operacionalismu. Operationalists snažil zbavit vědecké teorie bezvýznamných terms- "hladký" a "hrubý", například, tím, že naléhá, že každý vědecký termín může být operačně definovány, popsány z hlediska operací, které mohou být prováděny na to měřit. Například, povrchová struktura objektu může být měřena kreslení zvukový záznam jehlu a vyzvednutí přes povrchu objektu a měření elektrický signál produkovaný vibracemi jehly. V tomto příkladu, struktura povrchu, kterou lze definovat jako provozně velikosti elektrického signálu produkovaného. Většina vědců nakonec odmítli zcela funkční přístup.
Věda v 20. století byl poznamenán zvýšeným počtem vědeckých objevů a narození stovek specializovaných oborů vědeckého studia. Bylo vyvinuto mnoho nových nástrojů a technik, takže případné nové druhy experimentů a vědeckých objevů. Stále častěji, vědci pracují v týmech a nikoli jednotlivě, a to především z důvodu nákladů a složitosti vybavení požadovanému pro své experimenty. Vývoj elektroniky a digitální počítače výrazně pomáhá vědcům při sběru a analýze údajů v široké škále vědeckých oborů. Hlavní nové oblasti vědeckého studia patří studium na zemi s umělých družic a kosmického prostoru s družic a kosmických sond; studium jaderné energie a interakce subatomárních částic; a studium chemických procesů uvnitř živých buněk.
