有的学者把这次科学革命视作文艺复兴的有机组成部分，称它为“科学复兴”。说它始于16世纪中叶，以哥白尼（1473—1543年）枟天体运行论枠和维萨留斯（1514—1564年）枟人体结构枠发表的1543年为标志，“这年在科学史上是从中世纪到近代的过渡中最有代表性的一年”；到17世纪开花结果，标志性事件为1687年牛顿（1642—1727年）发表枟自然哲学的数学原理枠。时间跨度约1个半世纪。
也有的学者在时间上略往后移，称其为17—18世纪的科学革命。理由是，从17世纪起，零星的科学研究汇成人类史上科学研究的第二个高潮，天文学、物理学和数学的研究尤其突出，18世纪已初步建立了以牛顿经典物理学为基础的科学统一体系。
还有的学者将其时间范围进一步拓展，波士顿1954年出版A 。R 。霍尔的著作枟科学革命枠，副标题为“1500—1800年”，从时间的角度看，囊括了上述两类观点。
之所以称其为“革命”，首先是指研究角度的革命。古代学者把自然界作为一个整体加以考察，关心的是世界的本原、运动的源泉等等带根本性的和总体性的问题。现在，自然科学从统一的哲学中分化出来，自然界被分析为动物界、植物界和矿物界等不同的领域和物理运动、化学运动、生命运动等各个侧面，被分门别类地加以研究。以研究某一类自然现象为对象的自然科学各学科终于形成。
其次也指研究方法的革命。与古代学者依靠哲学的思辨（按恩格斯的说法，叫“自然哲学的直觉”）对自然界作出种种猜测完全不同，这时的自然科学开始建立在科学实验的基础上。
科学实验从此成为独立的实践活动，它把自然现象从实际的生产过程和技术实践中抽取出来，在人为控制下加以研究，然后依据观察、实验所积累的材料，对所探讨的自然现象提出理论上的解释和说明。
为科学方法论奠定思想基础的是英国学者弗兰西斯·培根（1561—1626年）和法国学者勒内·笛卡尔（1596—1650年）。前者重视实验和归纳法的作用，后者重视哲学和演绎法的作用，两者构成科学方法中相辅相成的两个方面，对科学的发展具有重大影响。
最后，“革命”当然还指研究成果的革命。它不仅包括天文学革命、经典力学的创立，还包括数学领域的成就：苏格兰人约翰·耐普尔（1550—1617年）发明对数，笛卡尔奠定解析几何学，法国数学家帕斯卡（1623—1662年）发展概率论，牛顿和莱布尼茨（1646—1716年）同时发明微积分学等；化学领域的成就：英国学者波义耳（1627—1691年）把严密的实验方法引入化学，还给化学元素下了比较科学的定义，成为近代化学的奠基人；生物学的成就：瑞典生物学家林奈（1707—1778年）提出纲目属种的分类层次，创立了“双名命名制”，“确立了生物界的秩序”；生理学的成就：英国医生哈维（1578—1657年）确立血液循环学说等等。
天文学革命
中世纪天文学中占统治地位的观点是托勒密（约90—168年）的地球中心说。一方面，它与当时的观测资料相符，也与人们的日常经验（早晨旭日东升，傍晚日薄西山）吻合。另一方面，基督教会又给其披上神秘面纱：地球居宇宙中心，证明上帝的智慧；人类为百灵之长，上帝让人类的住处居于宇宙中心。更况地球中心说最先的提出者之一亚里士多德（前384—前322年）长期来被奉为无可怀疑的权威。
虽然，在古罗马西塞罗（前106—前43年）、普卢塔克（约46—约120年）的著作中，就有对地球运动的逼真描述。文艺复兴运动时，枢机主教库萨的尼古拉（1401—1464年）认为地球不是宇宙的中心而只是行星，达·芬奇有太阳不动的思想。但是，真正对托勒密的权威学说提出强有力挑战的，是波兰天文学家尼古拉斯·哥白尼。
哥白尼出生在商人家庭，10岁丧父，由舅父抚养成人。他23岁时赴意大利留学，历时9年，在著名的波伦那和帕多瓦等大学学习法律和医学，然而他用力最勤的却是研究天文学、数学、希腊语和柏拉图的著作。
古代某些哲学家关于太阳而非地球是宇宙中心的思想给了他直接启发。古希腊理性主义传统，尤其是毕达哥拉斯学派的思想（把在数学上是否简单、完美作为评价某一学说的首要标准）给了他灵感。托勒密体系在解释单个行星的运动时与观测相符，但整个说来破坏了自然界在数学上的和谐与完美。对托勒密体系思辨的怀疑把哥白尼引上日心说之路。
1506年他回到祖国，在波兰一座教堂的角塔上建立简易天文台，用自制的仪器长期系统地进行观测，发现按日心说体系计算的结果更能符合实际观测。所以，日心说是哲学思考、实际观测和数学计算的结晶，揭开了科学革命的序幕。
哥白尼把自己的观测和思想写成6卷本枟天体运行论枠。1530年印发了其简短提要。1543年，也就是他去世那年，全书出版。
哥白尼把太阳系中天体的视运动归因于一个统一的原因：地球的自转以及它绕太阳的公转。这就为天体运动提供了比托勒密体系更简单的解释：
最远的是恒星天球，包罗一切，本身是不动的。它是其他天体的位置和运动必须的参考背景。有人认为，它也有某种运动；但是，我们将从地球运动出发对这种视变化作另外的解释。
在行星中土星的位置最远，30年转一周；其次是木星，12年转一周，然后是火星，两年转一周。第四是一年转一周的地球和同它在一起的月亮。金星居第五，9个月转一周；第六为水星，80天转一周；中央就是太阳。在这华美的殿堂里，为了能同时照亮一切，我们还能把这个发光体放到更好的位置上吗？太阳被称为宇宙之灯、宇宙之心、宇宙的主宰。于是，太阳好像是坐在王位上统率着围绕它转的行星家族……
所以，我们发现，这种顺序显示出宇宙具有令人赞叹的对称性和轨道的运动与大小的和谐，而这是其它方法办不到的。
哥白尼在序言中预料那些“对数学一窍不通的无聊的空谈家会摘引枟圣经枠的章句加以曲解来对我的著作进行非难和攻击……我决不予以理睬，我鄙视他们，把他们的议论视同痴人说梦，加以摒弃。”出版时该序言被出版者自己撰写的序所取代。过了3个世纪，原序才重见天日。
日心说的发表是科学史上的大事，“哥白尼的书，揭开了伽利略（1564—1642年）和开普勒（1571—1630年）工作的序幕，而后者又成为牛顿的前辈。正是由于这二者的发现，才使牛顿有可能、有理论基础来推出运动定律和万有引力定律。以一种历史的眼光来看，枟天体运行论枠既是当代天文学的起点，也是现代科学的起点”。
哥白尼长期观测和大量计算的实践，也开拓了近现代自然科学的实验之路。
日心说更为重大的意义在社会方面。它宣告了神学宇宙观的破产，开始了自然科学从神学中独立出来的运动，基督教会遭到沉重打击，以亚里士多德为代表的权威受到挑战。爱因斯坦高度评价哥白尼，说他对西方摆脱教权统治和学术枷锁的解放所作的贡献比谁都大。
哥白尼著作出版时，他本人已值弥留之际。除了对少数懂拉丁语又对数学感兴趣的知识分子外，此书影响不大。直到1616年，哥白尼的书才遭到禁止。此外，哥白尼抛弃了地球中心说，又把太阳当作宇宙的中心。因此，日心说需要得到广泛传播和进一步发展。对此作出重大贡献的是布鲁诺（1548—1600年）、开普勒和伽利略等人。
意大利科学家焦尔达诺·布鲁诺出生于贫苦家庭，15岁时成了天主教多米尼教派的修士。他通过自学获得博士学位，成为当时著名的学者。
他在20多岁时就接受了哥白尼学说，很快成为其宣传者和捍卫者。他非常机智地反驳反对哥白尼学说者提出的如果地球在转动，那么空中的云彩就应向相反的方向运动：“云彩和流动中的大气，都是地球的一部分，地球这个概念应该理解为由许多部分构成的整体”。他异常生动地用航船作比方，反驳反对者提出的如果地球在转动，那么抛上去的石头就不会垂直落向原地：“不管船以什么速度前进，在有人把石头或其他重物向上抛时，它们都不会离开从桅杆顶部到底部这条直线。”
布鲁诺还把哥白尼学说以太阳为宇宙中心的观点发展为宇宙无限、因而没有中心的思想。他把恒星看作是散布在无限空间中的一个个“太阳”，它们分别构成无数个行星系的中心，太阳只是太阳系的中心。他把这种思想系统地阐述在枟论无限性，宇宙和诸世界枠（1584年）中。
布鲁诺的大胆思想招致教会的不断迫害。1592年，他被诱捕。经长达8年的审讯，最终被宗教裁判所判处烧死在罗马的鲜花广场。他在临刑前对宣读判词的宗教法官说，你们宣读判词，比我听到判词还要恐惧。
丹麦宫廷天文学家第谷·布拉赫（1546—1601年）为编制一张新的星图，在哥本哈根海峡中的赫威恩小岛上建了一座天文台，从1576年起，他和助手在这里坚持天文观测达21年之久，对太阳、月亮和行星的位置作了极精确的连续记录，几乎达到了肉眼观测精度的极限。
1588年，第谷著枟新编中学天文学枠，煞费苦心地对托勒密体系和哥白尼学说作了糅合，以达到既要接受哥白尼学说，又不致得罪教会当局的目的：
按照古人的说法和枟圣经枠的启示，我认为只能把地球安置在世界的中心。但我不赞成托勒密的主张。我想，只有太阳、月亮以及包含全部恒星的第八重天才以地球为中心而运行，而其他五颗行星则绕太阳运行。太阳处在这五颗行星的轨道中心，后者像陪伴君王那样绕太阳作周年运动。
第谷晚年移居布拉格。临终前把一生辛劳所积累的大量珍贵资料留给了助手开普勒。
约翰内斯·开普勒出生于德国军人家庭，靠宫廷资助读完大学。他接受哥白尼学说，并且像哥白尼一样信奉毕达哥拉斯派的数学理性主义观点，相信可以用数学来表示宇宙规律。从1600年开始他与第谷合作。
他为据大量精确观测的资料推算出来的数值与行星运转圆形轨道的古老观念不相符合而苦恼，终于发现每个行星以椭圆形轨道绕太阳运动，太阳不是处在圆形轨道的中心而是位于椭圆的一个焦点上（行星运动第一定律）。他还抛弃了哥白尼关于行星匀速运动的观念，得出行星运动不是匀速的结论：连接太阳和行星的直线（矢径）在相同时间内所扫过的面积相等（行星运动第二定律）。1609年，他把这两定律写进枟新天文学枠。
9年后，开普勒又发现行星运动第三定律（发表在1619年出版的枟宇宙的和谐枠一书）：行星绕太阳一周时间的平方，和行星到太阳平均距离的立方成正比。
这样，他就把太阳系所有行星的运动统一为一个整体，同时也为行星运动的某些计算带来方便。行星运动三定律首次定量地揭示了运动速度变化和轨道的关系。
开普勒基本弄清楚了太阳系的空间位置，进一步发展了日心说。只有在这时，哥白尼的宇宙模型才真正体现出几何学的简明性和完美性，体现出宇宙秩序的和谐。
意大利物理学家伽利略在1597年宣称“我多年来已经是哥白尼理论的信徒”。1609年，他制造出一架能放大30倍的天文望远镜，并应用于观察星星，使天文学的观察手段发生了革命性变化。
这位“望远镜之父”用自制仪器观察到了月球表面的凹凸不平、木星的四颗卫星、金星的盈亏、太阳的黑子现象以及由无数发光恒星组成的茫茫银河。他还从黑子有规律的出没现象，推断太阳也在那儿自转，甚至推算出了其自转的周期。这一切都直接或间接地证实了哥白尼的日心说。
1610年，伽利略出版枟星际使者枠，将观测结果予以公布，引起轰动。一时有“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙”之说。并不光滑的月球表面乃至有黑子的太阳，粉碎了上天完美无缺的宗教观念。罗马教廷极其恐慌，1616年，教皇对他发布禁令，不许他支持哥白尼学说，而只能把它当作为计算方便而提出的假设。
1623年即位的教皇乌尔班八世，是伽利略的朋友，并有“好学重才”的名气。伽利略被允许在不得损害上帝创造世界这一基本信条的前提下，写作枟关于托勒密和哥白尼两大世界体系对话枠一书。他以对话的形式比较两大宇宙体系问题，但充分批驳嘲弄了亚里士多德—托勒密体系的陈词滥调，有力地论证了地球自转和绕太阳公转的科学理论，支持哥白尼学说的立场跃然纸上。
1632年，该书出版。次年，他遭到教会审判，以欺骗教廷罪被处终身监禁。伽利略被迫按照教会要求放弃哥白尼学说。据说他一边签字，一边口中喃喃自语：“可是，地球还是在转动着！”
1979年，罗马教廷终于在公开集会上正式承认当年对伽利略的审判有欠公正，表示要重审此案。1980年，教廷成立了负责调查的专门委员会。1983年，该委员会公布审查结果：“给伽利略定罪的法官犯了错误”，“使伽利略遭受了许多痛苦”，认为“必须坦率地承认这些错误”。1992年10月31日，教皇约翰—保罗二世正式宣布，当年对伽利略的判决是错误的，还称“伽利略案是一个悲剧”，是教廷过去“拒绝接受科学进步”的象征。
经典力学的创立
在近现代自然科学各学科中，发展较快、成熟较早的是经典力学。它是研究宏观物体机械运动规律的学科。对经典力学的创立作出最大贡献的是伽利略和牛顿。1642年1月8日，伽利略去世。同年12月25日，牛顿诞生。两人在世的岁月相衔接，贯穿于整个17世纪。
伽利略将数学和实验相结合，数学方法和理论分析相结合，奠定了近代实验物理学，被称作“当代的阿基米德”。
他年轻时，作音乐家的父亲为摆脱贫困的家境，让他进比萨大学学医。但是，他却对数学和物理学情有独钟。上大学时，他到教堂观察吊灯的摆动，并对照自己脉搏的跳动，发现了摆的等时性原理，成为动力学的一个重要成就：不管吊灯摆动的幅度怎样变化，每一个周期所花费的时间总是相同。为了证实这个发现，他反复进行实验，又发现摆的长度与摆动周期之间有正比关系（正确的表述应是摆动周期与摆的长度的平方根成正比）。他建议在钟表制造时应用这个原理。
伽利略在动力学方面最富有创造性的成就是对自由落体和抛物体运动规律的研究。长期来亚里士多德的权威观点认为，决定物体运动快慢的原因是运动所通过的介质（如水、土、空气）不同及物体自身轻重的不同。伽利略却因此推出“落体佯谬”：如果将一块重的物体和一块轻的物体拴在一起，按照亚里士多德的观点，结果之一，是轻的那块物体将会延缓重的那块物体的下落速度，从而使拴在一起的“整体”比原先重的物体速度要小；结果之二，是拴在一起的整体比原先的单个物体要重，所以下落时速度更快。“这两个结论互不相容，表明亚里士多德的理论是错误的”。
从而就有了伽利略的学生维维安尼在枟伽利略传枠中记载的伽利略在比萨斜塔上的著名实验：他把一只一磅重和一只十磅重的铅球带到塔顶。让它们同时从同一高度落下，结果同时到达地面。实验明确否定了亚里士多德关于重物比轻物下落得快的观点。是否真有其事，学术界有争议。
为了探讨物体运动的规律，伽利略进行了著名的小球滚动实验。
他让小球从一头抬高的木板上沿着光滑的槽自由滚动，不断改变木板的长度和倾角，记下每次运动时间和距离的关系，得出匀加速运动定律：小球的运动速度和时间成正比，运动距离和时间的平方成正比。匀加速运动定律是运动学和动力学的基础，它“也许是伽利略的全部发现中最有永久价值和最能阐明问题的一个发现”（B。罗素）。
当木板倾角为90°时，小球就垂直下落，从而得出自由落体运动也是匀加速运动的结论，这就证明了物体下落的速度和物体的轻重无关。
小球从斜面滚到很光滑的平面上后，差不多继续保持匀速运动。如果另外再接一个上升的斜面，小球差不多能达到下落前的高度，这就进一步发现了惯性原理。
小球从桌上滚到地面的情形，和炮弹离开炮膛后相似，伽利略因此发现抛物体运动规律。这种运动始终受惯性和重力影响，运动轨迹为抛物线。
伽利略还发现了运动的相对性原理：坐标系中的物体和坐标一起运动。例如在一条作匀速直线运动的大船里（惯性系统）的人，假如不看外面的景物，无法知道这条船是在走还是停。相对性原理极其重要。当后来爱因斯坦建立相对论时，许多经典力学的概念需要彻底改变，这一原理却成为相对论的基本原理之一。
“伟大的伽利略”的成就“颠覆了亚里士多德的运动学说”，为认识“运动的本质”“奠定了基础”（W 。查尔顿1654年出版的枟生理学枠中语）。经典力学的集大成者牛顿把伽利略称为自己的理论动力学的最初奠基者。
在伽利略之后，荷兰物理学家克利斯蒂安·惠更斯（1629—1695年）以研究钟摆运动和发现向心力定律而对力学作出了重要贡献。他接过伽利略的接力棒，传给了牛顿。
在物理学史上树起丰碑的依萨克·牛顿，出生于农民家庭，自幼就爱好观察周围事物，喜欢装置简单的机械。因成绩优异，他被推荐入剑桥大学学习，潜心研究自然科学。在获硕士学位后留在母校任教。
牛顿在数学方面显示了出色的才华。他的老师数学教授巴罗（1630—1677年）主动让出自己主持的讲座，使牛顿在26岁时就成为数学教授，为其科学生涯打通了宽广的道路。
牛顿在天文学、数学、光学、热学、热力学诸方面成就巨大。他在思考苹果为什么落地而不飞入天空，大海为什么会产生潮汐，月球又为什么不像苹果那样落到地面上来等问题后，终于证明，任何两个物体之间，包括行星与太阳、地球与月亮、地球与其上的物体之间都有引力存在。这个引力与彼此吸引的两个物体质量的乘积成正比，与两个物体间距离的平方成反比。这就是万有引力定律。
牛顿向英国学者哈雷（1656—1742年）证明：地球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力；在太阳引力作用下，行星运动符合开普勒三定律；海洋的潮汐是太阳和月亮引力作用的结果。
牛顿去世后，人们发现了天王星（1781年），但它的位置与根据万有引力定律计算的结果不符。后来，果然在参照万有引力定律计算出来的位置上发现了海王星（1846年）。万有引力定律经受了科学的检验。
牛顿还继承和发展前人，尤其是伽利略惯性原理、开普勒行星运动三定律的成果，确立了著名的运动三定律：惯性定律（物体在不受到其他物体作用时，保持静止或匀速直线运动）；加速度定律（物体的加速度和受到的作用力成正比，和物体的质量成反比）；作用力与反作用力定律（两物体间的作用力与反作用力同时存在，它们的大小相等，方向相反）。
牛顿确定了质量、动量、惯性和力的基本概念，从哲学的角度提出了绝对时间和绝对空间的概念（时间和空间是客观存在，它们和物质运动无关，相互间也没有联系），把力学确立为完整、严密的学科，构成了经典物理学的基石。
牛顿的成就全面概括在1687年靠科学家哈雷资助出版的枟自然哲学的数学原理枠一书中。
奥地利科学家马赫（1838—1916年）在其名著枟力学史枠中指出，牛顿的力学比起伽利略及惠更斯来，其显著的进步为：力的概念的发展、“质量”概念的引入、力的平行四边形被明确地公式化及作用力与反作用力相等原理的揭示。“在他以前没有一个人像他那样地概括力学，那样有力地解决力学问题”。
牛顿的发现表明，自然界中一切在引力作用下产生的运动均可从物质自身的原因得到说明，因此无需借助于超自然因素的作用；一切力学事件不再是孤立的、偶然的事件，而是一系列运动变化中的一个环节，人们只要通过运用力学三定律，便可以从物体在某一给定时刻的运动状态推知其在此之前或之后某一时刻的运动状态。
牛顿思想的影响超越了自然科学领域。“不管这些思想是否被正确地理解，整个启蒙运动（尤其是在法国）的纲领是自觉地建立在牛顿的原理和方法的基础上的，并且从牛顿的辉煌成就派生出启蒙运动的信心及其广泛的影响。这在后来转变为——的确，大大地创造了——西方现代文化。道德、政治、技术、历史、社会等等的某些中心概念和发展方向，没有哪一个思想和生活领域能够逃脱这种文化转变的影响”。