苏格拉底批评老式的物理学研究过于投机，缺乏自我批评。用他的道歉之词来说，苏格拉底后来被指控腐败雅典的青年，因为他“不相信国家所信仰的神灵，而相信其他新的精神生命”。苏格拉底驳回了这些主张，但被判处死刑。
亚里士多德后来创建了系统的目的论哲学程序：运动和变化被描述为根据事物的类型来实现事物中已经存在的潜力。在他的物理学中，太阳围绕地球旋转，许多事物都将它作为人类的本性之一。每个事物都有一个正式的原因，一个最终的原因，并在一个不动的推动者的宇宙秩序中发挥作用。苏格拉底主义者还坚持认为，应使用哲学来考虑人类最佳生活方式的实际问题，亚里斯多德的研究分为伦理学和政治哲学。亚里士多德坚持认为，人“以某种方式得出定罪，并且确定性地依据的第一项原则是确定的”时，科学地知道一件事。
希腊天文学家萨摩斯岛的阿里斯塔克斯率先提出了以太阳为中心的宇宙模型，其中以太阳为中心，所有行星都围绕它运行。Aristarchus的模型被广泛拒绝，因为它被认为违反了物理定律。本发明人及数学家锡拉丘兹的阿基米德作出了重大贡献的开始演算和有时被记为它的发明者，虽然他的原演算缺少几个限定的特征。普林尼是一位罗马作家和博物学家，他撰写了一部开创性的百科全书《自然史》，涉及历史，地理，医学，天文学，地球科学，植物学和动物学。古代的其他科学家或原型科学家有theophrastus，Euclid，herophilos，hipparchus，ptolemy和Galen。
拜占庭帝国抵抗入侵者的攻击，并在学习后得以保存和改进。500年代的拜占庭学者John philoponus对亚里士多德的物理学教学提出了质疑，并指出了其缺陷。约翰·John philoponus对亚里士多德物理学原理的批评为中世纪学者以及十世纪后的科学革命期间的伽利略加利利带来了灵感，在论证为什么亚里士多德物理学存在缺陷的情况下，他广泛引用了philoponus的着作。
在上古晚期和中世纪早期，使用亚里士多德式的方法来查询自然现象。亚里斯多德的四个原因规定必须回答四个“为什么”问题，以便科学地解释事物。在西罗马帝国陷落和周期性的政治斗争期间，一些古老的知识丢失了，或者在某些情况下被掩盖了。但是，科学的一般领域或所谓的“自然哲学”和来自古代世界的许多常识仍通过塞维利亚的伊斯多尔等早期拉丁文百科全书作家的着作得以保留。但是，亚里士多德的原始文本最终在西欧丢失了，只有柏拉图的一部文本广为人知，即蒂迈乌斯，这是唯一的柏拉图式对话，也是少数几本古典自然哲学的原始作品之一，可供拉丁读者在中世纪早期。在此期间获得影响的另一项原创作品是托勒密的Almagest，其中包含对太阳系的地心描述。