自然科学根据其发展的阶段性大致可分为古代自然科学、近代自然科学和现代自然科学。近代自然科学是指从16至19世纪这一时期的自然科学，又称近代实验自然科学。19世纪末和20世纪是现代自然科学发展的时期。近代自然科学在古代自然科学的基础上产生，但又不同于古代自然科学。从古代自然科学发展到近代自然科学，这是人类对自然界认识的一次大飞跃，标志着人类认识和改造自然的能力的提高。

欧洲从13世纪中叶开始，技术的社会应用促进了生产力的发展，导致资本主义生产方式的出现和发展。十四五世纪，在最早产生资本主义生产方式的意大利，手工业技术已有较高水平，家庭手工业已转化为工场手工业。在14世纪，意大利的佛罗伦萨城已有毛织企业300多个，大约有3万多毛织工人。由于有了用水力驱动的动力锤，可以锻造较重的船锚，加上其他加工技术的进步，已能制造大型帆船，这更促进了海外贸易的发展。意大利威尼斯的各造船厂每年能制造上千艘船只。意大利有了往来于地中海的商业船队。十五六世纪，德国已有了用马力和水力驱动的抽水机，使深坑采矿成为可能。德、法、意等国在15世纪后半期已出现了高10英尺、直径5英尺的大型熔矿炉，实行了鼓风炼铁法。英国的纺织业则著称于欧洲。

指南针、印刷术与发射药大约在十二三世纪之后，陆续传入欧洲。13世纪指南针已在欧洲遍应用。造纸术、雕版印刷和活字印刷12世纪传入欧洲，到1450年又有了德国人约翰内斯·谷登堡的铅锡锑合金铸成的活字发明。廉价书籍的印刷出版，又使资产阶级思想革命运动有了文化武器。火药及火器的发明和使用，不仅改变了作战方法，而且成了资产阶级捣毁封建贵族统治的物质武器。所以卡尔·马克思曾把火药、指南针、印刷术称之为“预告资产阶级社会到来的三大发明”。

工商业的发展，使商人和工场主的经济实力日益雄厚。他们不仅极力扩大欧洲各国间的贸易，又再次想到东方去寻找市场和黄金。在此欲望的驱使下，开始了大规模的航海探险活动。这种航海探险活动首先在葡萄牙和西班牙兴起。1487年，葡萄牙人巴尔托洛梅乌·迪亚士率领船队，沿非洲西岸南行，到达非洲最南端，证明了由此继续航行可以到达印度。意大利人克里斯托弗·哥伦布得到西班牙国王的赞同和资助，于1490年8月经过70天的航行，到达美洲，并于1493年3月回到西班牙。15世纪末，意大利商人阿美利哥・味斯普奇再次前去美洲，后来使用他的名字将这块大陆命名为阿美利加洲。葡萄牙人达·伽马沿迪亚士的航路于1497年绕过好望角，终于到达印度。斐迪南·麦哲伦又得到西班牙国王的支持，于1519年9月从西班牙出发渡过大西洋，绕过南美洲南端海峡，进入太平洋，到达印度，又绕过非洲，于1522年9月回到西班牙海岸，完成了人类历史上第一次环球航行。

近代自然科学的产生不仅需要有社会的政治条件和经济基础，而且要有文化条件。14世纪，发源于意大利的文艺复兴运动为近代自然科学的产生提供了一个良好的文化条件。文艺复兴运动是一次资产阶级新文化运动。它打着复兴古希腊文化的旗帜，倡导以人文主义为中心新思想，赞颂人的智慧和才能，提倡人性、个性解放和个性自由，批判宗教宣扬的来世思想和禁欲主义,肯定人是现实生活的创造者。它实际上用人性反对神性，崇尚理性，鄙薄信仰，歌颂世俗，蔑视天堂。人文主义者并不根本否定宗教，他们所反对的只是神权统治和封建教会的腐败。长期以来受到宗教神学、经院哲学禁锢的欧洲人，在这场运动中，获得了思想上的大解放，经历了观念上的一次第一次国内革命战争。文艺复兴运动对科学发展的影响是多方面的。它破除了人们对神圣不可侵犯的信条的迷信，培育了自由研究的精神，引导了人们去观察和研究自然和现实世界。他们在科学成果上也许不如后来的科学家，但正是他们开辟了科学史上的一个新时代。他们为科学而献身的精神，一直鼓舞着后来的科学家。

在自然科学为争取独立而同神学的斗争中, 有两个突出的事件: 一是尼古拉·哥白尼的 《天体运行论　影响世界历史进程的书》 的发表, 二是血液循环理论的提出。前者在对大宇宙———天体结构的解释上, 把天地翻转过来, 用日心说推翻了被宗教奉为神明的托勒密地球中心说, 被称之为近代科学史上的第一次科学革命———天文学革命; 后者在对小宇宙———人体结构的解释上, 冲破了神学所说的人体内部不会有循环运动的信条, 使生理学、解剖学、医学从神学中解放出来。这两个事件作为划时代的标志而载入史册。