Многие ученые считают, что наука возникла в античности, в рамках античной натурфилософии зародилось естествознание и сформировалась дисциплинарность как особая форма организации знания. В натурфилософии возникли первые образцы теоретической науки: геометрия Евклида, учение Архимеда, медицина Гиппократа, атомистика Демокрита, астрономия Птолемея и пр. Первые натурфилософы были в большей степени учеными, чем философами, изучающими многообразные природные явления. Античный мир обеспечил применение метода в математике и вывел ее на теоретический уровень. Греческое слово «фюзис» латиняне передали как natura, поэтому физика и натурфилософия были родственными понятиями.
В античности большое внимание уделялось постижению истины, т.е. логике и диалектике. Происходили всеобщая рационализация мышления, освобождение от метафоричности, переход от мышления, обремененного чувственными образами, к интеллекту, 
категориями. Постепенно натурфилософские системы приобретали вид все более рационально оформленного знания. Возникшая в контексте античной культуры Евклидова геометрия в качестве необходимого условия получения истины выдвигала процедуру демонстрации доказательства. Античная наука столкнулась с феноменом несоизмеримости. Иррациональные числа указывали на наличие реальности, которая противоречила привычной логике упорядочивания. В истории античной науки известны многочисленные попытки, направленные на то, чтобы освоить несоизмеримость.
Античная наука доказала, что физический мир противоречив — это подчеркивал тезис Гераклита «все течет, все изменяется». Трудности постижения процесса движения в логике посредством логического доказательства привели античного философа и математика Зенона к формулировке знаменитых апорий — трудно разрешимых проблем, связанных с противоречием между данными наблюдения и мысленного анализа.
В целом в античности преобладала идея гармонии, симметрии и упорядоченного космоса. Платонистам (как логикам) противостояли атомисты (как физики). Атомистика, к которой относились Левкипп (ок. 500—440 до н. э.), Демокрит (ок. 460—370 до н. э.), Эпикур (ок. 342—270 до н. э.) и Лукреций (ок. 99—55 до н. э.), утверждала, что все сущее предполагает наличие атомов и пустоты как условия всех процессов и движений. Пустота неподвижна, беспредельна и лишена плотности. Каждый член бытия определен формой, плотен и не содержит в себе никакой пустоты: он есть неделимое. По-гречески «атомос» — предел делимости. Атомы могут иметь разную форму, различаться порядком, положением, весом; складываясь и сплетаясь, они рождают различные вещи. Атомистическая картина мира признавала, что мир вещей текуч, мир элементов, из которых вещи состоят, неизменен. Поскольку число атомов бесконечно, признается вечность мира во времени и бесконечность в пространстве. Кроме установленных законов сохранения бытия, сохранения движения атомисты провозгласили закон причинности: «Ни одна вещь не происходит попусту, но все в силу причинной связи и необходимости». Причина понимается как «виновница» того или иного события. Однако случайность понимается субъективно, как то, причину чего люди не знают. Движение атомов происходит, подчиняясь закону тяготения подобного к подобному.
Атомистическая гипотеза, т.е. обнаружение атомарного уровня, имела огромное значение для развития естественных наук, физики и химии. Атомизм присутствовал также в индийской и арабо-язычной традиция;
Первую попытку систематизации того, что впоследствии стали называть наукой, предпринял Аристотель — воспитатель и советник А. Македонского, который оказывал всяческое содействие развитию научного знания. Аристотель делил все науки на теоретические, имеющие целью само знание (философия, физика, математика); практические, руководящие человеческим поведением (этика, экономика, политика); творческие, направленные на достижение прекрасного (этика, риторика, искусство). Противопоставляя природу ремеслу, Аристотель показал, что физика рассматривает сущность и природу вещей, свойства и движения, а механика — это искусство построения машин.
Таким образом, «греческое чудо», как называют античную цивилизацию, характеризовалось наличием античной логики и математики, астрономии и механики, физиологии и медицины, впитавших в себя исторический опыт познания мира Востока, древних азиатских культур. Античная наука, по мнению Дж. Бернала, носила математико-механический характер, первоначальной программой провозглашалось целостное осмысление природы, а также отделение науки от философии, вычленение особых предметных областей и методов.
