در كار علمي فقط يك روش علمي وجود ندارد؛ منابع مختلف مراحل روش را به شيوه‌هاي متفاوتي توصيف مي‌كنند. گاهي چهار و گاهي پنج مرحله را مي‌توان فهرست كرد. به هر ترتيب، آن‌ها مفاهيم و اصول مشابه را با هم تركيب مي‌كنند. خواهيم گفت كه در روش علمي، 5 مرحله‌ي كليدي وجود دارد.

تقريبا همه‌ي تحقيقات علمي با مشاهده‌اي آغاز مي‌شود كه حس كنجكاوي را تحريك يا پرسشي ايجاد كند. به عنوان مثال هنگامي‌كه چارلز داروين (1882-1809) از جزاير گالوپاگوس (در اقيانوس آرام، 950 كيلومتري غرب اكوادور ) ديدن مي‌كرد، چندگونه «سُهره» را مشاهده كرد كه هر كدام به‌شيوه‌اي منحصر به فرد با زيستگاه خاصي سازگاري پيدا كرده بودند. خصوصا منقار سُهره ‌ها كاملا متفاوت بود و به نظر مي‌رسيد در اين‌‌كه چگونه پرندگان براي خود غذا فراهم نمايند، نقش مهمي ايفا مي‌كنند. اين پرندگان داروين را شيفته‌ي خود كردند. او مي‌خواست نيروهايي را بشناسد كه چنين تفاوت‌هاي بسيار فاحش سُهره‌ها را براي هم زيستي موفقيت‌آميز در چنين ناحيه‌ي جغرافيايي كوچك موجب مي‌شود. مشاهدات وي موجب حيرتش شد و اين شگفتي او را به پرسشي سوق داد كه مي‌توانست مورد آزمايش واقع شود.

هدف پرسش اين‌ است كه ما را بر روي موضوع تحقيق متمركز سازد؛ به عبارت دقيق‌تر براي شناخت معما، سؤالي كه داروين پس از ديدن تفاوت‌هاي بسيار سُهره‌ها از خود پرسيد، ممكن است اين‌گونه بوده باشد،«چه چيز موجب گوناگوني سُهره‌ها در جزيره‌ي گالاپاگوس شده است؟»

در اين‌جا پرسش‌هاي علمي ديگري نيز وجود دارد:

آن‌چه درباره‌ي يك سؤال مهم مطرح مي شود اين‌است كه رسيدن به يك جواب، آدم را مشتاق مي‌كند، و قدم بعدي در روش علمي پيشنهاد يك جواب در قالب يك فرضيه است. فرضيه اغلب به عنوان يك حدس با پيش‌بيني‌هايي تعريف مي‌شود؛ زيرا تقريبا هميشه توسط آن‌چه شما پيش از اين پيرامون يك موضوع مي‌دانيد آگاهي مي‌دهد.

براي مثال اگر شما بخواهيد مسأله‌ي مقاومت هوا را كه در بالا آمده مطالعه كنيد، ممكن است براساس شعور ذاتي بدانيد كه اطاق ماشيني كه مانند يك پرنده است. بيش‌‌تر از اطاقي كه هم‌چون جعبه ساخته شده مقاومت هوا را كاهش خواهد داد. مي‌توانيد آن بصيرت را براي كمك به فرمول‌بندي فرضيه‌تان به كار ببريد.

به ‌طور كلي يك فرضيه با عبارت «اگر...در نتيجه» بيان مي‌شود. در ساختار چنين نوع بياني دانشمندان «استدلال استقرايي» را به كار مي‌برند كه نقطه مقابل «استدلال استنتاجي» است. قياس، نيازمند حركت در استدلال از عام به خاص مي‌باشد. مثالي مي‌آ‌وريم: اگر يك نمودار از اطاق ماشين مقدار مقاومت هوايي كه توليد مي‌شود «بيان عام» گزارش دهد، پس ماشيني كه به شكل بدن يك پرنده طراحي شده، آيروديناميك‌تر خواهد بود و بيش‌تر از ماشيني كه همانند يك جعبه طراحي شده و مقاومت هوا را بهتر كاهش مي‌دهد - «بيان خاص». نكته قابل توجه اين‌كه يك فرضيه با بيان «اگر...پس» دو ويژگي مهم دارد. اول اين كه آزمايش‌پذير مي‌باشد؛ يك آزمايش مي‌تواند درستي بيان را معلوم كند. دوم: ابطال‌پذير است، يك آزمايش ممكن است تدبيري باشد كه معلوم مي‌كند آن عقيده صحيح نيست.

اگر اين دو ويژگي نباشند، سؤال پرسيده شده را به كار بردن روش علمي نمي‌توان پاسخ گفت.

بسياري از مردم تصور مي‌‌كنند كه يك آزمايش بايد در جايي هم‌چون آزمايشگاه انجام پذيرد. گاهي اين درست است. ولي اجباري وجود ندارد كه آزمايش‌ها روي ميز‌هاي آزمايشگاه،‌با استفاده از چراغ بنزن يا لوله‌ي آزمايش انجام شوند. هرچند براي آزمايش يك فرضيه‌ي خاص بايد وجود داشته باشد و لازم است قالب‌بندي مشخصي داشته باشد. كنترل يك آزمايش به معناي كنترل همه‌ي متغيرهاست. حتي اگر تنها يك «متغير مستقل» مطالعه شود. «متغير مستقل» چيزي است كه كنترل و توسط آزمايشگر دستكاري مي‌شود، در حالي كه متغير وابسته اين‌طور نيست. هنگامي كه متغير مستقل دستكاري مي‌شود، تغييرات متغير وابسته اندازه‌گيري مي‌شوند. در مثال ماشين، متغير مستقل شكل بدنه‌ي ماشين است. متغير وابسته (آن‌چه ما تأثيرش را در نمودار ماشين اندازه مي‌گيريم) مي‌تواند سرعت، برحسب كاركرد موتور گاز يا يك اندازه‌گيري مستقيم برا ي مقدار اعمال فشار هوا بر ماشين باشد.

تصوير2- اگر اين دانشمند كار خود را  درست انجام دهد، در حال مشاهده‌ي  گروه كنترل و گروه آزمايش است.

براي مثال در آزمايش پاستور كه پيش از اين توضيح داده شد، اگر پاستور فقط از يك فلاسك باگونه‌ي خميده استفاده مي‌كرد چه پيش مي آمد؟ آيا او مطمئن بود كه كم شدن رشد باكتري در فلاسك به دليل طرح آن است؟ كنترل پاستور بر روي فلاسك به شكل غيرخميده بود.

حال مثال مقاومت هوا را در نظر بگيريد. اگر مي‌خواستيم براي آن آزمايشي ترتيب دهيم، حداقل به دو ماشين نياز بود؛ يكي به شكلي كه مقاومت هوا در مقابلش كم باشد (يعني بدنه‌اي پرنده‌گونه و ديگري همانند يك جعبه) آيا قالب گيري كه گروه آزمايش ‌داشتند، كنترل دوم است؟

همه متغيرهاي ديگر (وزن ماشين‌ها، تايرها، حتي رنگ ماشين‌ها) بايد عينا يكسان باشند. حتي رد و چگونگي رد بايد از نظر احتمالاتي كنترل شود.

در جريان يك آزمايش، دانشمندان هر دو مقدار و نيز اطلاعات كيفي را جمع‌آوري مي‌كنند. اطلاعات با اميدواري ملاك تأييد يا رد فرضيه مي‌باشد. مقدار تحليل شده نياز است كه به يك نتيجه‌ي رضايت‌بخش برسد كه البته به‌طور فاحشي مي‌تواند دگرگون شود. آزمايش‌هاي پاستور چون بر مشاهده‌هاي كيفي در مورد ظاهر آبگوشت تكيه داشت، تحليل او نسبتا درست بود. گاهي ابزارهاي سرشماري پيشرفته به اجبار براي اطلاعات تحليلي به ‌كار مي‌رود. در هر صورت هدف نهايي اثبات يا رد فرضيه است و با اين كار به سؤال‌هاي اصلي پاسخ داده مي‌شود.