Ядро науки составляет собственно научно-исследовательская деятельность, направленная на выработку новых знаний, их систематизацию и определение сфер их приложения. В течение времени определилась структура научного познания, в которой выделяют уровни и формы научного познания.

Объяснение и понимание это два взаимодополняющих познавательных процесса, которые используются в любой области научного познания. Объяснение – это переход от более общих знаний к более конкретным эмпирическим. Объяснение позволяет осуществлять предвидение и предсказание будущих процессов.

С точки зрения источника, содержания и направленности познавательного интереса различают эмпирический и теоретический уровни исследования и организации знания.

Эмпирическое (от лат. empeiria – опыт) познание направлено непосредственно на объект и опирается на данные наблюдения и эксперимента. Исторически и логически этот уровень познания был первым и доминировал в опытном естествознании XVII–XVIII вв. Основными средствами формирования и развития научного знания в это время были эмпирические исследования и последующая логическая обработка их результатов посредством эмпирических законов, обобщений и классификаций. Уже на этой стадии возникли первичные научные абстракции, сквозь призму которых осуществлялось упорядочение и классификация эмпирического материала, доставляемого в ходе наблюдений и экспериментов. В дальнейшем, такие логические формы, как типология, объяснительные схемы, идеальные модели выступили в качестве переходных от эмпирического уровня научного познания к теоретическому.

Теоретический уровень науки характеризуется тем, что основной его задачей является не описание и систематизация фактов действительности, а всестороннее познание объективной реальности в её существенных связях и закономерностях. Иными словами, на теоретическом уровне реализуется главное предназначение науки – открытие и описание законов, которым подчиняется природный и социальный мир. Теоретическое исследование связано с созданием и развитием понятийного аппарата, большое внимание здесь уделяется совершенствованию принципов и методов познания.

Эмпирический и теоретический уровни органически взаимосвязаны и дополняют друг друга в целостной структуре научного познания. Эмпирические исследования, доставляя новые данные, стимулируют развитие теория, которая, в свою очередь, открывает новые перспективы для объяснения и предвидения фактов, ориентирует и направляет опытную науку. Факты, доставляемые в ходе наблюдений и экспериментов, образуют, по образному сравнению физиолога И.П. Павлова, «воздух ученого». Но если наука ограничится эмпирическим уровнем, она превратиться в простое собирательство, накопление фактов. Френсис Бэкон называл такой подход «путем муравья» в познании. Если же ученые будут теоретизировать в тиши кабинетов, то они рискуют оторваться от жизни и уподобятся, опять-таки по Бэкону, пауку, плетущему паутину из нитей, которые сами же из себя и прядут. Поэтому единственно правильный выход – «путь пчелы», то есть взаимное дополнение одним другого эмпирического и теоретического уровней.