Теоретическое знание, в отличие от эмпирического, всегда достоверное. В теоретическом исследовании объект может изучаться только опосредовано, в мысленном эксперименте. При теоретических исследованиях применяется такой приём, как идеализация. Идеализированные объекты, в отличие от эмпирических, наделены признаками и свойствами, которых нет ни у одного реального объекта. Основа методологии теоретического познания базируется не только на построении идеализированного объекта. Подразумевается проведение мысленного эксперимента над идеализированным объектом, логические и исторические исследования.
На уровне теоретического познания происходит выделение сущностных связей в чистом виде. Сущность объекта – взаимодействие ряда законов, которым подчиняется этот объект. Задача теории заключается в том, чтобы, расчленив эту сложную сеть законов на компоненты, затем воссоздать шаг за шагом их взаимодействие и таким образом раскрыть сущность объекта. Теоретическое познание – сущностное познание, отвечающее на вопрос «почему», в отличие от эмпирического познания, отвечающего на вопрос «как». Оно отвечает на вопрос о внутренних причинах явлений, что в конечном счёте даёт возможность управлять изучаемыми явлениями и событиями, ускорять их приход или, наоборот, отдалять и предотвращать их, а также предсказывать принципиально новые факты.
Классические технические науки опираются на теоретические представления естественных наук. Причём базовая естественнонаучная теория может иметь феноменологический характер, но быть весьма полезной для технической теории в виду того, что для построения расчётных методов нужны прежде всего количественные зависимости, фиксируемые в математическом аппарате естественнонаучных теорий.
Исследование технических объектов приводит к формированию в технических науках специфических теоретических схем (связных совокупностей идеализированных объектов изучения), описывающих связи указанных характеристик для определённых классов технических устройств.
Теоретические исследование в технических науках направлено на построение таких моделей протекающих в инженерных объектах процессов, которые обеспечивают математическое описание и получение технического устройства. Исследовательские процедуры и теоретические схематизации технической науки позволяют осуществлять переход от структурно-морфологических изображений устройств, на которых разъясняется и анализируется физическая картина протекающих в них процессов в свете поставленной инженерной задачи, к их расчёту.
К теоретическому знанию в авиационном материаловедении можно отнести, прежде всего, его естественнонаучную базу: представления о строении вещества, молекулярную физику, квантовую физику, физическую химию. Эти науки предоставляют основные знания касательно структуры материалов и их базовых физических и химических свойств. Спорным вопросом является отнесение к теоретической области знания авиационного материаловедения различных математических моделей и гипотез, объясняющих и описывающих взаимосвязь структуры и свойств материалов. Они базируются на эмпирических данных из экспериментальной статистики, постоянно обновляются и подвергаются проверке и верификации. Их нельзя считать абсолютно достоверными, так как задача определения неких фундаментальных и феноменологических связей является непомерно сложной, и используется совокупность идеализаций на основе эмпирических исследований. Они тоже подвергаются проверке экспериментом, поскольку любая неточность или ошибка связана с техническим риском.
