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自16世纪始，一大批科学家积极从事各门科学的研究与探索，在天文学、物理学、化学、生物学、医学等许多领域都有了突破性进展，取得了巨大的成果，数代人的努力终于使西欧各国出现了绵延两个多世纪的科学革命和近代历史上的第一次科学大发现。这是科学巨匠辈出的时代，天文学家哥白尼、物理学家和天文学家伽利略、医学家哈维（1578—1657）、物理学家和数学家牛顿、物理学家和化学家波义耳、化学家拉瓦锡（1743—1794）、生物学家林耐（1707—1778）等等，犹如群星璀璨，冲破黑暗，给科学带来了光明。
自古代希腊开始，在欧洲一直占据统治地位的是“托勒密体系”的宇宙观。它认为宇宙是一组同心圆球体，地球为其中心，太阳围绕地球转动，这一“地心说”从未受到过任何人的怀疑与动摇。16世纪，通过长时间科学研究，哥白尼（1473—1543）发现“地心说”不是科学的真理。他得出：太阳是众恒星的中心，地球只是众多行星之一，并且环绕太阳运转，它既环绕太阳公转，又反绕地轴自转。这些新的发现促使他写出了《天体运行论》，但在当时的情况下，他不敢发表这部著作，只是不断地进行修改。直到晚年，哥白尼才在朋友们的劝说下把这部手稿送交出版。1543年5月24日，这部著作出版，据说哥白尼拿到出版的第一本书后几小时便去世了。在《天体运行论》的扉页上，哥白尼写道：“天文学公理：天体的运动是匀速圆周运动，或者，是由匀速圆周运动部分合成的运动。”在这本书中，他对这个新的世界体系作了极为简明易懂的说明。
哥白尼的新发现对传统的托勒密体系是一个全然否定，继哥白尼之后，丹麦科学家第谷（1546—1601）继续使用新方法从事新的科学探索，包括：使用不同的仪器来观察天体，使用新的大气折射表，新的观测体系，以及夜复一夜地在某个行星可见的全部时间内对它进行连续的观测。凭借这些仪器和他敏锐的观察力，他得出：水星、金星等行星围绕太阳旋转，而太阳和月球绕地球旋转，各个星球都有各自的旋转周期，并且在绕地球的周日旋转中共占恒星天球，而地球是宇宙的固定不动的中心。在这些结论中，尽管他仍坚持旧有的地心说，但他对行星的运动却进行了富有创见的观测和探索。由于过早去世，他未能对自己的一系列观测结果进行完全的理论总结，不过他临终时在病榻上将这项工作托付给了他的助手开普勒。开普勒出生于德国斯图亚特，因醉心于天文学研究而成为第谷的助手。第谷去世后，他接替第谷的职位继续探索。1608年发表《以对火星运动的评论表达的新天文学或天体物理学》，1619年出版《宇宙和谐论》，1618—1621年出版《哥白尼天文学概要》。在这些著作中他阐述了新发现，提出了行星运动的三条定律，后人简称为开普勒定律或开普勒体系。他的这些成就为后来的天文学及牛顿的科学发现奠定了基础。
1610年，意大利科学家伽利略借助于自己制作的天文望远镜公开他的新发现，这是人类首次通过天文望远镜来观察宇宙太空，具有重要的意义。通过实际的观察，伽利略发现，月球表面也像地球一样，峭壁林立，起伏不平，而且月亮本身并不是一个发光体，只是反射太阳光而已。他还观测到太阳上存在着黑子，并非像以往认为的那样纯净完美，是不同于地球的“理想天球”。对于星体，伽利略观察到众行星都有一定的宽度，但恒星仍旧只是光点，远得难以测量。木星有好几个卫星，它们像月亮环绕地球运行那样绕着木星转，是木星的月亮。因此伽利略认为：从前的有关这方面争议不休的问题可以迎刃而解，因为银河系只不过是一团成串地聚集在一起的数不清的星体。如果有谁把望远镜直接对准银河系的任何部分，眼前就会出现一大群星体；其中许多星体还算大，而且极其明亮，但是，小星体的数目完全无法确定。这些发现使他确信哥白尼学说的正确性，并表明宇宙天体是由各种星体组成的，它可能与地球一样，是一团团在空间转动的物质。除天文学外，伽利略还在物体运动动力学上论证了自由落体运动，并进行了著名的比萨斜塔实验。1632年，伽利略发表了他的《关于托勒密与哥白尼两大世界体系的对话》，系统地总结了他的天文学发现和理论，这部著作成为近代天文学经典著作之一。他还使用望远镜，使天文学的观察基础发生了革命。他的一系列发现具有十分深远的意义，不仅成为现代科学的奠基，也是对经院哲学和宗教神学的一次彻底性打击。人们把他的发现比作哥伦布（1451—1506）发现新大陆：“屈服吧，韦斯鲁奇，让哥伦布也屈服吧。诚然，他们各自都掌握了通向未知大海的航路……但是，只有你，伽利略，给了人类以一连串的星体，天上的新的星座。”
如果说伽利略的科学发现改变了人们的思考方式和方法，引导人们进入近代科学，那么英国科学家牛顿（1642—1727）则对前人的科学发现进行了全面的综合，完成了一个人类前所未有的知识体系，在物理学、数学、天文学等很多领域作出了极大的贡献。在物理学上，光学方面，他对光的本性、色的现象作出了新的研究，发现了牛顿环，提出了光的微粒说；力学方面，他发现了牛顿运动定律和万有引力定律，构建起了一个物质世界的经典力学体系。在数学上，他创立了微积分，建立了二项式定理，发展了方程式的大部分理论，引进了字母标志。在天文学上，他创制了反射望远镜，初步探索了行星运动规律，对潮汐现象、岁差现象作出了解释。牛顿的科学研究成果把科学革命推向了新的高峰。
在牛顿之前，伽利略发现，一个物体总是在作匀速直线运动，除非有外力的推动使其改变运动方向，但行星为什么不沿着直线飞出到外部空间，而是趋向太阳，结果形成椭圆形的运行轨道？月亮为什么趋向地球？这些问题伽利略未能给予解答，解答这一问题的重任历史性地留给了牛顿。牛顿在研究中不断地追问，“这是一种什么力量所带来的结果”？这一问题始终萦绕在他心头，令他苦苦思索。据传说，这位伟大的科学家是在苹果园里从苹果落地而受到了启发，找到了这种力量。
牛顿把这一力量称之为“引力”，它可以简洁地表达为：一切物质都在运动，任何两个质点之间似乎都存在着一种相互吸引的力，其大小和它的质量的乘积成正比，和它们之间的距离的平方成反比，无论是在地球上或是在太阳系内，一切能够计时与测定的运动都存在这种引力，因此这种引力被称为万有引力。至于万有到何等程度，牛顿没有作出界定。1687年，牛顿出版了《自然哲学的数学原理》，详细地论证和阐释了这一原理。尽管与牛顿同时代的一些人对此很难接受，也极为困惑，但在科学史上来说，万有引力的发现是一项革命性的创见，它揭示了整个宇宙运动的内在规律。同时，这条定律既可适用于苍茫的宇宙，也可运用于最微小的物体，整个宇宙和自然界都可运用此法则来进行解释。牛顿万有引力的发现标志着经典物理学的创立，并在后来长久地统治着整个科学界，直到20世纪初期，爱因斯坦相对论的出现才发展和修正了牛顿的这一经典定律。同时，牛顿的物理学分析方法和结论不仅被应用于物质世界，而且也强烈影响到了社会思想文化领域，“牛顿推翻或改变了所有思想”，他的哲学导致了一场革命。英国哲学家伯林（1909—1997）曾说：“牛顿思想的冲击是巨大的；无论对它们的理解正确与否，启蒙运动的整个纲领，尤其是在法国，是有意识地以牛顿的原理和方法为基础的，同时，它从他那惊人的成果中获得了信心并由此产生了深远的影响。而这，在一定时期中，使现代西方文化的一些中心概念和发展方向发生了确实是极富创造性的转变，道德的、政治的、技术的、历史的、社会的等等思想领域和生活领域，没有哪个能避免这场文化变革的影响。”
牛顿这位科学的巨匠，他的科学理论对世界的贡献和影响无法估量，诗人蒲柏（1688—1744）这样赞美牛顿：“自然和自然规律隐藏在黑暗之中，上帝说：让牛顿出生吧！于是一切显现光明。”而牛顿自己却说：“如果我比别人看得远些，那是因为我站在了巨人的肩上。”
直到17世纪，在人们的观念中还是坚持认为：一切物体皆由土、水、空气和火四种元素组成，而火是最重要的分析工具，能够把一切混合物和化合物离解为构成它们的基元物质。同时，这一时期所有关于化学炼金术、冶金和医药化学活动均属于实用性质，还没有上升为科学，即旨在为实利而活动，而不是促进对化学现象的科学理解。而真正把化学作为科学的奠基人则是英国物理学家、化学家波义耳。波义耳出生在爱尔兰，伊顿公学毕业后去欧洲大陆游学，1661年出版《怀疑的化学家》这本重要的著作。波义耳认为化学不是一种制造贵重金属或者有用药物的经验技艺，而应当看作一门科学、一个自然哲学的分支。他批判当时流行的“元素”观念，提出了自己的元素概念：“我……必须不把任何物质看做一种真正的要求或元素，而看做是业已化合的；物体不是完全均匀的，而是可以进一步分解为种数任意的独特物质，不管种数是多么少……我现在说的元素是指……某些原初的和单纯的，即丝毫没混合过的物体，这些物体不是由任何其他物体组成，也不是相互组成，而是作为配料，一切所谓的完全物体都直接由它们化合而成，最终也分解成它们。”
他通过实验证明了一切物质都不是仅由四种元素或三种要素化合或分解而成的，如果这样做，无法解释既存的无数物质。为什么会出现这样的错误观念？波义耳认为这是人们过分夸大了火的作用，认为火是万能的分析工具，事实上，火并不能分析一切混合物。同时，波义耳还解释了“化合”这一概念，认为，在单纯的“混合物”中，每个组分均保持其性质，能够同其余部分分离开来；在一个“化合物质”中，每个组分均失去其特性，很难把它同其余部分分离开来。在一系列的实验中，波义耳还发现空气具有“弹性”，在上层压力下会弯曲或被压缩，而在压力消除后又会恢复它原来的体积。此即“波义耳定律”。
在医学领域，影响最大和较为深远的当数英国医学家哈维发现的血液循环原理。哈维毕业于剑桥大学，1602年获医学博士学位，1615年任皇家医学院解剖学讲师。在科学探索和医学实践中，哈维通过接受萨维里（1514—1564）、塞尔维特（1511—1553）、法布里修斯（1537—1619）等人的科学成果，写出并于1628年发表了《论心脏和血液的运动》，批驳了既定的关于心脏、动脉、静脉和血液等问题上的流行的错误观点，系统解释和论证了他所提出的血液循环观点。哈维认为：血液通过心室的搏动，（是）心脏搏动的唯一原因。对于这一发现，哈维自己说过，他已经纠正了“一个持续了两千多年的错误”。这样说一点也不过分，哈维以血液循环为标志使医学真正成为科学，并且建立了以实验、观察和定量推理为基础的近代科学方法。
17世纪时的解剖课
科学的发现推动着技术的不断进步，它表现在农业、纺织业、建筑工程、机械等各个领域，人类的生产和生活的很多方面，这些技术的不断积累成为后来出现工业革命的技术支撑。如蒸汽机，从古代到16世纪，很多人对此进行设想和试验，希望能应用蒸汽动力。1680年，荷兰物理学家惠更斯（1629—1695）设计了一种用火药膨胀力作动力的机器，但未能实际制造出来。而惠更斯的助手法国人帕潘（1647—1714）制成了第一台带有活塞的蒸汽机。1707年，帕潘用他的蒸汽机在卡塞尔的富尔达河上开动了一条模型船。英国人莫兰（1625—1695）为解决一系列技术问题做过各种蒸汽实验，17世纪末，英国人萨弗里（1650—1715）设计了一种蒸汽机并获得专利证书，专门用于矿井的抽水。这是第一种可付诸实用的蒸汽机，但由于存在着很多缺点，而未能得到实际运用。在纺织业上，17世纪时已经发明了织带机、织袜机、缩绒机等。在矿业和冶金领域，已经出现了运输材料的绞车、水力提升机、扇风机、捣矿机，以及用于冶炼矿石的熔炼炉等。