Принято выделять два основных уровня научного знания:

1. эмпирический (на основе опыта)

2. теоретический (на основе анализа абстрактных моделей).

Главной задачей эмпирического уровня научного познания является описание предметов и явлений, а основной формой получаемого знания — эмпирический (научный) факт. На теоретическом уровне происходит объяснение изучаемых явлений, а получаемое знание фиксируется в форме законов, принципов и научных теорий, в которых раскрывается сущность познаваемых объектов.

Эмпирическое знание — не просто обобщение данных эксперимента и наблюдения, это определенная понятийно-дискуссионная модель чувственного знания.

Структура эмпирического знания:

1. Единичные эмпирические высказывания, «протокольные предложения». Содержание - фиксация результатов единичных наблюдений; важные пункты содержания — точное время и место наблюдения.

2. Факты.Научный факт — индуктивное (способ умозаключения от частного к общему) обобщение протоколов. Факты задают количественную определенность и представляются (выражаются) в качестве графиков, таблиц, математических моделей, диаграмм, классификаций.

3. Эмпирические законы (различных видов — функциональные, причинные, статистические и др.). Научные законы — особый вид отношений между событиями, состояниями или свойствами, для которых характерно временное или пространственное постоянство (мерность). Научные эмпирические законы являются общими законами, полученными путем различных процедур индукции. Эмпирическое знание по природе (по определению) является гипотетическим — метод индукции является в целом неоднозначным и способен дать только предположительное, вероятностное знание.

4. Феноменологическая теория — логически организованное множество соответствующих эмпирических законов и фактов. Т.к. индукция не имеет доказательной логической силы (только подтверждающая), то такая теория по характеру происхождения и по возможностям обоснования остается гипотетическим, предположительным знанием.

Различия внутри эмпирического знания являются количественными — отличаются степенью общности представления одного и того же содержания.

Теоретическое знание является сложной структурой, состоящей из утверждений разной степени общности.

Наиболее общий уровень — аксиомы, теоретические законы. Например, для классической механики это три закона Ньютона (инерции; взаимосвязи силы, массы и ускорения; равенства сил действия и противодействия). Механика Ньютона — это теоретическое знание, описывающее законы движения такого идеального объекта, как материальная точка, осуществляющегося при полном отсутствии трения, в математическом пространстве с евклидовой метрикой.

Вторым, менее общим уровнем научной теории являются частные теоретические законы, описывающие структуру, свойства и поведение идеальных объектов, сконструированных из исходных идеальных объектов. Для классической механики это, например, законы движения идеального маятника. Они получаются в ходе осмысления результатов мысленного эксперимента над идеальными объектами, сконструированными из элементов исходной, «общей теоретической схемы».

Третий, наименее общий уровень научной теории состоит из частных, единичных теоретических высказываний, утверждающих нечто о конкретных во времени и пространстве состояниях, свойствах, отношениях некоторых идеальных объектов. Например, таким утверждением в кинематике Ньютона может быть следующее: «Если к материальной точке К1 применить силу F1, то через время Т1 она будет находиться на расстоянии L1 от места приложения к ней указанной силы». 

Все теоретические дисциплины, так или иначе, уходят своими историческими корнями в практический опыт. Однако в ходе развития отдельные науки отрываются от своей эмпирической базы и развиваются сугубо теоретически (напр., математика), возвращаясь к опыту только в сфере своих практических приложений (т.е. в рамках других наук).