计算科学运用计算能力来模拟现实世界的情况，从而使人们对科学问题的理解比单纯的形式数学能够更好地理解。根据工业和应用数学协会的说法，计算在提升科学知识方面与理论和实验同等重要。
科学家通常理所当然地认为需要一套基本假设来证明科学方法的合理性：（1）所有理性观察者都有一个客观的现实；（2）这一客观现实受自然法则支配；（3）这些规律可以通过系统的观察和实验来发现。科学哲学寻求对这些基本假设的含义以及它们是否有效的深刻理解。
科学理论应该并且确实代表形而上学的现实的信念被称为现实主义。它可以与反现实主义形成鲜明对比，后者认为科学的成功并不取决于它对诸如电子之类的不可观察实体的准确性。反现实主义的一种形式是理想主义，即认为思想或意识是最基本的本质，并且每个思想都产生自己的现实的信念。在理想主义的世界观中，对一个人的思想是正确的，而对其他人的思想则不一定是正确的。
科学哲学有不同的思想流派。最流行的位置是经验主义，其中认为知识是由涉及观察一个过程，科学理论从这样的观察归纳的结果而创建。经验主义通常包含归纳主义，这是一种试图解释人类可以通过有限数量的观察来证明通用理论得以证明的立场，因此可以使用有限数量的经验证据来证实科学理论。这是必要的，因为这些理论所做的预测数目是无限的，这意味着无法使用演绎逻辑从有限的证据中得知它们只要。存在经验主义的许多版本，主要是贝叶斯主义和假设推论方法。
经验主义与理性主义形成了鲜明的对比，理性主义最初与笛卡尔有关，后者认为知识是人类的智慧而不是观察所创造的。批判理性主义是一种形成鲜明对比的20世纪科学方法，最初是由奥地利-英国哲学家卡尔·波普尔定义的。波普尔拒绝经验主义描述理论与观察之间联系的方式。他声称理论不是由观察产生的，而是根据理论进行观察的，而理论受观察影响的唯一途径是与观察发生冲突。
popper建议用可证伪性代替可证性作为科学理论的里程碑，并用证伪代替归纳法作为经验方法。波普尔进一步声称，实际上只有一种普遍的方法，不是专门针对科学的：批评，反复试验的消极方法。它涵盖了人类思想的所有产品，包括科学，数学，哲学和艺术。
工具主义的另一种方法俗称“闭嘴与乘法”强调了理论作为解释和预测现象的工具的效用。它把科学理论视为黑盒子，只有它们的输入和输出是相关的。结果，理论实体和逻辑结构被认为是应该被简单忽略的东西，科学家们不应对此大惊小怪。接近工具主义的是建构主义经验主义，根据这种经验主义，科学理论成功的主要标准是它关于可观察实体的说法是否真实。