Todas las ciencias, incluidas las sociales, recurren a variantes de lo que se denomina método científico, que es un enfoque sistemático para la investigación. Por ejemplo, un psicólogo que pretende indagar el efecto del ruido en la capacidad de las personas para aprender química y un químico interesado en medir el calor liberado por la combustión del hidrógeno gaseoso en presencia de aire utilizarían aproximadamente el mismo procedimiento en sus investigaciones. El primer paso consiste en definir minuciosamente el problema. El siguiente es realizar experimentos, elaborar observaciones detalladas y registrar la información , o datos, concernientes al sistema, es decir, a la parte del universo que se investiga.
Los datos obtenidos en una investigación pueden ser cualitativos, o sea, consistentes en observaciones generales acerca del sistema, y cuantitativos, es decir, comprende los números obtenidos de diversas mediciones del sistema. En general, los químicos usan símbolos y ecuaciones estandarizados en el registro de sus mediciones y observaciones. Esta forma de representación no sólo simplifica el proceso de registro, sino que también constituye una base común para la comunicación con otros químicos.
Una vez terminados los experimentos y registrado los datos, el paso siguiente del método científico es la interpretación, en la que el científico intenta explicar el fenómeno observado. Con base en los datos recopilados, el investigador formula una hipótesis, que es una explicación tentativa de un conjunto de observaciones. Luego, se diseñan experimentos adicionales para verificar la validez de la hipótesis en tantas formas como sea posible y el proceso se inicia de nuevo.
Después de recopilar un volumen de datos, es frecuente que sea aconsejable resumir la información de manera concisa, como una ley. En la ciencia, una ley es un enunciado conciso, verbal o matemático, de una relación entre fenómenos que es siempre la misma bajo las mismas condiciones. Por ejemplo la segunda ley de Isaac Newton, que el lector tal vez recuerde de sus cursos de física, afirma que la fuerza es igual a la masa por la aceleración (F=ma). El significado de esta ley es que el aumento en la masa o en la aceleración de un objeto siempre incrementa proporcionalmente su fuerza, en tanto que una disminución en la masa o en la aceleración invariablemente reduce su fuerza.
La hipótesis que resisten muchas pruebas experimentales de su validez pueden convertirse en teorías. Una teoría es un principio unificador que explica un conjunto de hechos o las leyes basadas en esos hechos. Las teorías también son sometidas a valoración constantemente. Si una teoría es refutada en un experimento, se debe desechar o modificar para hacerla compatible con las observaciones experimentales. Aprobar o descartar una teoría puede tardarse años o inclusive siglos, en una parte por la carencia de la tecnología necesaria. La teoría atómica, es un ejemplo al respecto. Se precisaron más de 2000 años para confirmar este principio fundamental de la química que propuso Demócrito, un filósofo de la antigua Grecia. Un ejemplo más contemporáneo es la teoría del Big Bang sobre el origen del universo.
Los adelantos científicos pocas veces, si acaso, se logran de manera rígida, paso a paso. En ocasiones, una ley precede a la teoría correspondiente, o viceversa. Es posible que dos científicos empiecen a trabajar en un proyecto exactamente con el mismo objetivo y terminen con enfoques distintos. Después de todo, los científicos son seres humanos y su forma de pensar y trabajar está sujeta a influencia considerable de sus antecedentes, capacitación y personalidad.
El desarrollo de la ciencia ha sido irregular y a veces ilógico. Los grandes descubrimientos son resultados de las contribuciones y experiencias acumuladas de muchos investigadores, pese a que el crédito por la formulación de una teoría o ley por lo regular se otorga una sola persona. Por su puesto, la suerte es un factor en los descubrimientos científicos, si bien se ha afirmado que las "oportunidades favorecen a las mentes preparadas". Se requiere atención y capacidad para reconocer la importancia de un descubrimiento accidental y sacar máximo provecho de él. Es muy frecuente que el público general se entere sólo de los adelantos científicos espectaculares. Sin embargo, por cada una de estas historias muy conocidas existen cientos de científicos que han dedicado años a trabajar en proyectos que finalmente terminaron siendo infructuosos, y en los que se lograron resultados positivos sólo después de muchos errores y a un ritmo tan lento que pasan inadvertidos. Sin embargo, inclusive esas investigaciones infructuosas contribuyen de alguna manera al avance continuo del conocimiento del universo físico. Es el amor por la investigación lo qué mantiene en el laboratorio a muchos científicos.
