由自然科學的一個或幾個基本學科的理論變革所導致的整個自然科學系統的根本變革。有時也指某一學科的理論變革。如20世紀的天文學革命、分子生物學革命等。它的主要標誌是思維方式的變革。一般是觀察事實積累到一定程度，特別是某一意義重大的新事實的發現，促使新的理論揚棄原有的理論而成為占統治地位的理論。
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自然科學革命
革命影響
自然科學革命不僅改變了整個科學的面貌和發展方向，而且引起了整個科學界思維方式的改變，從而把人對自然的認識推進到一個新的階段，並在一定程度上推動人類社會的前進。自然科學革命有時也在較弱的意義上泛指某一學科的理論變革，如18世紀化學領域中氧化說(見燃素說和氧化說)和原子論（見原子－分子論）的提出，19世紀物理學領域中熱力學理論和電磁理論的建立，20世紀的天文學革命、分子生物學革命等等。
根本原因
自然科學革命的根本原因是自然科學同社會實踐的矛盾，通常表現為原有理論同新實踐之間，有時也表現為同新理論之間的矛盾。革命的實際進程總是先由個別科學家打破傳統的思維方式，自覺不自覺地建立起某種新的思維方式，從而發現和識別新的事實，或者從全新的角度看待已知的事實，發現新的意義，並由此建立起逐步為科學界普遍接受的新理論。因此，自然科學革命的主要標誌是思維方式的變革。這種革命往往經歷不同的進程。一般情況是觀察事實積累到一定程度，特別是由於發現了某一意義重大的新事實，引起原有理論及其思維方式的危機，於是科學的逐漸進步就讓位於科學的革命飛躍,新的理論揚棄原有的理論,成為占統治地位的理論。有時事實的積累也可能只導致原有理論的逐步拓廣，並不經過一種理論揚棄另一種理論的突變過程。但不論出現哪種情況，科學革命都不意味著科學進步過程的絕對中斷。
影響及意義
影響
因為，實驗事實總是不斷地積累著，其中絕大部分都構成了科學的永恆的財富；新理論和舊理論之間也總是存在著繼承關係，而且在這種繼承關係的特定形式──對應關係中，舊理論總是作為新理論的局部情況而包括在新理論之內。因此，科學的發展進程既不是單純的量的積累，也不是永不間斷的革命。科學革命總是在同科學進步互相依存、互相轉化中發展的。
