科学思想是对科学知识和科学理论的凝练和升华，是在更高层次上对科学知识的进一步抽象和概括，把“理论的表述”变成“观念的表述”。典型的科学思想有演化思想、守恒思想、对称思想、系统思想、极限思想、互补思想等等。
科学思想指引科学工作者有效地开展科学研究并取得重大科学发现。
演化思想与地质进化论的提出
18世纪以来，地质学取得了进展。但是在不少方面，还禁锢在神学的阴影之下。如关于岩石成因的“水成说”，就借用了《圣经》中的“大洪水”之说。英国地质学家赫顿提出岩石成因的“火成论”，展开了地质学史上著名的“水火之争”。受神学禁锢的还有“灾变论”。法国生物学家居维叶观察到不同的地层含有不同的古生物种属，而且不存在过渡的种属，他认为地层中物种的变化起于突然、瞬间的灾变，灾变的原因用自然力是难以解释的，他推出最后一次大灾变发生在五六千年前，这与《圣经》中记载的上帝约在公元前4004年创造出人类相符。居维叶的灾变论受到了教会的吹捧，并在地质学中颇有影响。
英国学者赖尔（Sir C. Lyel，1797—1875）对地质学饶有兴趣，他读了赫顿关于地球的理论。赫顿反对把神学带入地质学，使赖尔对灾变论产生了怀疑。赖尔注重地质考察，他的足迹遍及英国、法国、瑞士、意大利、德国和斯堪的纳维亚半岛等地。他观察到了许多正在进行的地质作用，认识到地球是演化的和变化着的，而变化的原因是自然界本身。在1818年，他看到巴纳斯河河水泛滥后河岸被冲刷后形成了150英尺（约45.72 m）高的直立悬崖。见证了大西洋的海浪在岩石中冲出缺口后，他相信这样的破坏作用，在几千年之后，会把岛屿分割成孤立的岩石群。1823年，他考察了巴黎盆地的化石，考察地层之间的相互关系，加深了对灾变论的怀疑。1827年，赖尔读了生物学家拉马克的《动物哲学》，受到了拉马克动物进化论思想的深刻影响，他逐步形成了地质渐变论的思想。
1830年，赖尔的著作《地质学原理》第一卷出版。书中体现了他在地质学研究上的开拓性成果。在绪言中他开宗明义地指出“地质学不能与创世论相提并论”，勇敢地向神学和灾变论提出挑战。
赖尔确立了地质进化的科学概念。他指出，地球是不断地运动和变化的，引起这种运动和变化的各种因素，从地质学的角度来看是微不足道的，但其长期累积的结果则是惊人的。赖尔认为，灾变论的一个重要失误是忽略了地质事件的时间因素，就像金字塔，如果一个人不具有历史事件的时间概念，以为它是几天之内造成的，那就只能归因于超人的作用。同样，侵蚀地貌的形成，若排除了漫长地质年代的时间因素，也就只能归结为超自然力的作用。赖尔引入了“缓慢的地质作用”的概念，主张从长期运动和变化的累积的观点来分析地质演变过程。比如，针对灾变论者认为在地球大变革时有过火山集中大量喷发的观点，他说“每一个火成岩层，都是由许多次连续喷发或流溢的火山物质所组成，所以关于地下热力所形成的古代岩石的知识愈扩大，我们愈不得不承认它们是无数次喷发的总结果，而每次喷发的强烈程度，可能与现时在火山区域所经验的相仿”。他认为，自然界是屡经变化的舞台，而且至今还是一个缓慢的、但是永不停息的变动物体。
赖尔概括出地质研究的科学方法，这就是著名的“现在是了解过去的钥匙”法则，或称之为“将今论古”法则。赫顿曾提出“自然法则是始终一致”的观点：在地球的一切变化过程中，自然法则是不变的。河流和岩石，海洋和大陆，都经历了各种变化，但支配那些变化的规律始终是相同的。赖尔十分赞同赫顿的观点。他根据大量事实指出，“现在在地球表面和地面以下的作用力的种类和程度，可能与远古时期造成地质变化的作用力完全相同”。既然作用于地球的各种自然力古今一致，那么人们就可以根据现在仍然在起作用的自然力推论过去，解释地质历史时期的各种地质作用和地质现象，运用类比推理与归纳推理的方法来恢复地球过去的历史，揭示自然的奥秘。赖尔为地质学的研究提供了一种毫不神秘、现实主义的有用手段。
赖尔的《地质学原理》揭开了地质学研究的新篇章。恩格斯高度评价他的贡献：“只有赖尔第一次把理性引入了地质学中，用一种渐进作用代替了造物主一时兴发的突然革命。”
守恒思想与中微子的发现
20世纪30年代，物理学家在探索β衰变时遇到了麻烦，重元素的β衰变是原子核中的中子衰变形成的。按当时流行的看法，中子衰变的产物只有电子和质子，但在理论上很难说得过去。首先是由于中子、质子和电子的自旋都是1/2，如果衰变后真的只有电子和质子，那么根据角动量相加法则，不存在角动量为1/2的态，也就是无法保持角动量守恒；其次，根据能量守恒定律，β衰变后产生的电子和质子都应该具有确定数值的能量，但事实上β衰变时放射出的电子的能量是连续分布的，也即有一宽阔的连续谱，不过有一个上限。
一种可能的解释是，β粒子在从它们原来所在的放射性物质中逸出时受到连续分布的能量损失。为此，卡文迪许实验室的埃利斯和伍斯特设计了一个精巧的实验：把放射性物质所发射的β射线全部吸收到一块铝板中，然后仔细测量由此产生的热量。实验结果表明，每个β粒子所释放的总能量恰好等于连续谱中电子的平均能量，这证明电子在物质中没有损失能量。
一些物理学家，包括丹麦著名物理学家玻尔在内都认为，β衰变的困难表明：一种更新的动力学、更新的时空概念，才能适用于核的尺度内。他们估计，在这个尺度内，电动力学甚至狭义相对论揭示的规律可能都不再适用。为了摆脱困难，人们提出了各种猜测，做好了应对意外事件的思想准备。
1930年底，奥地利物理学家泡利（W. E. Pauli，1900—1958）大胆提出存在一个新的中性粒子的建议，他把它幽默地表达为“孤注一掷的措施”和“一棵救命的稻草”。泡利假设，在β衰变中，除放出β粒子外，同时还放出一种质量很小的中性粒子（后来称为中微子），这样，原子核衰变能量就由电子、中微子和反冲核三者分配。由于原子核质量很大，所以反冲核能量就很小，可以忽略，主要只由中微子和电子参与能量的分配，这就解释了β能谱连续分布的特点，同时也解决了β衰变中的角动量守恒问题。
1931年，在罗马的一次会议上，泡利与玻尔等人就β衰变问题进行讨论。泡利的想法遭到了玻尔的极力反对，玻尔认为能量守恒只在统计意义上成立，在核这样的尺度内，守恒定律可能不再成立。而泡利则坚信，在每一个单独的基本过程中，能量守恒都是严格成立的，但是在发射电子的同时，还有一种更为弥散的辐射，它由一种新粒子组成。
泡利的想法得到了意大利物理学家费米（E. Fermi，1901—1954）的赞同。费米以量子力学为依据，在泡利中微子假说的基础上，于1934年提出了完整的关于β衰变的理论，这个理论弥补了泡利中微子假说的不足，能够定量解释β能谱各个细节以及β衰变的各种规律。费米认为：电子和中微子是在原子核衰变的过程中产生并发射出来的，核子可看作是β衰变场的源泉，β衰变有着比其他类型长得多的寿命。他指出，自然界中除了已知的引力和电磁力以外，还有第三种相互作用——弱相互作用，β衰变就是核内一个中子通过弱相互作用衰变成一个电子、一个质子和一个中微子的过程。
1956年，美国洛斯阿拉莫斯实验室证实了中微子的存在。尽管这是在泡利和费米做出预言20多年之后，但中微子却成为新的物理学观念中的一个新型粒子，这就开辟了弱相互作用研究的全新领域。弱相互作用的特点常与物理学家的愿望相反，连玻尔在以后也不得不承认，不能再宣称“有关（怀疑）能量守恒的想法了”。
在1957年苏黎世一次会议上，泡利在回顾解决β衰变的主要困难时说：“试图在不放弃能量守恒的前提下，把核的自旋和统计性问题与β的连续谱联系起来，于是设想有一种新的中性粒子的出现。”他坚信一切物理变化和过程都遵循能量守恒定律这个大前提，从而树立起信心：β衰变既然是物理现象和过程，它也必然遵循能量守恒定律。泡利找到了进一步研究的方向，追寻亏损了的那一部分能量的去向，终于获得了重大发现。人们都说，中微子的发现是泡利在守恒思想的指引下，成功应用了演绎推理方法，这是很有道理的。
对称思想与DNA双螺旋结构模型的建立
20世纪中期，遗传学进展如火如荼。染色体已被确定为是基因的载体，其化学成分有蛋白质和DNA两种，这两者中究竟哪个是基因的载体?不少生物学权威人士认为，蛋白质是基因的载体，因为蛋白质含有20种氨基酸，而DNA只含有4种核苷酸（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶），显然前者的变化机会要远远超过后者，这符合基因的多样性。
美国生物学家沃森（J. D. Watson，1928—）坚信基因的载体一定是DNA，因为在20世纪40年代，有人就通过细菌的转化实验证明了起转化作用的遗传物质是DNA。要揭示DNA的三维结构，必须通过X射线衍射的方法。沃森来到英国剑桥大学卡文迪许实验室学习。在这里，他结识了克里克（F. H. C. Crick，1916—2004）。克里克是学物理的，他认真读过奥地利著名物理学家薛定谔的著作《生命是什么？》。书中明确指出，物理学和化学的规律同样适用于生物学一些基本问题的研究。薛定谔对于染色体决定生物体的遗传性状做了设想，并用量子力学中的“跃迁”来解释基因突变，这吸引克里克投身到生命科学的研究领域。
他们从伦敦国王学院的女物理化学家和晶体学家富兰克林和她的同事威尔金斯那里获得了许多精致的DNA的X射线衍射，这些提供了具有权威性的最新资料。
1952年5月，他们得知了美国生物化学家查伽夫的最新发现，即在DNA中4种核苷酸的数量和相对比例在不同的物种中很不相同。但是，其中腺嘌呤的量始终等于胸腺嘧啶的量，鸟嘌呤的量始终等于胞嘧啶的量。这为他们的研究提供了一条重要的线索。
沃森和克里克着手建立DNA的结构模型。他们遇到了不少挫折，一开始，他们对经过分析后，判断模型是由三股链缠绕而成的，这与其他人的判断一致。但他们发现这是一个错误的判断，它与已知的数据不相吻合。作为生物学家的沃森突然想到：在生物界中，“成双配对”是较为普遍的现象。既然如此，生物体的微观构造也应体现出这一特征。这促成他们抛弃了三链结构模型，大胆提出了双链模型。
如果DNA果真是由双链组成的，紧接着就会有一个碱基配对问题。最初沃森提出了一个同类碱基配对的设想，亦即嘌呤与嘌呤配对，嘧啶与嘧啶配对。然而，这一方案仅存在12个小时，有人就指出了其不符合结构化学的原理。按照碱基的天然构型，腺嘌呤只能与胸腺嘧啶，鸟嘌呤只能与胞嘧啶紧密结合，这些配对碱基之间的结合力是由氢键提供的。这也恰好与查伽夫的发现相吻合。沃森和克里克猛然悟出了其中的深刻意义：DNA双螺旋模型就是由这样的互补碱基配对而成，双环结构的碱基嘌呤总是和单环结构的碱基嘧啶相配对，所以两股链的走向刚好相反。
1953年4月，沃森和克里克最终得出了DNA分子的立体模型，它犹如一条扭曲的梯状长链，每对互补的碱基构成阶梯，糖和磷酸则构成两侧的扶梯。两条链是柔软的，自然地取氢键螺旋形态，在上面携带着生命的信息。这个模型很快得到了科学界的认同，它不但能与已知的资料极好地吻合，而且还揭示了复制过程何以可能：在DNA双链中，每一个碱基通过与另一个互补碱基的配对，DNA链就精确地复制了自身。又由于氢键是一个弱键，DNA双链就很容易从中间断开，一分为二。这正是基因复制的奥秘，也是遗传的奥秘!
沃森和克里克能最先摘得成功的桂冠是幸运的，与其他高手相比，他们是初出茅庐的新手，但他们有别人不及的优势：他们的合作体现了生物学与物理学的完美结合，现代生物学的发展离不开数理化知识的铺垫；而沃森具有的生物学直觉起了关键作用，“成双配对”的对称思想引领他们突破了三链的思维定式，最终建立起DNA双螺旋结构模型。沃森、克里克和威尔金斯荣获1962年的诺贝尔生理学或医学奖。
科学思想是科学工作者必备的素质
科学思想在自然科学研究中的地位和作用备受关注，科学思想应该是科学工作者必备的科学素质已成为一种共识。
科学思想沟通了各门自然科学。各门科学的具体研究对象虽然有差别，但是只要某个学科对于自然界的某些方面提供了规律性的东西，那么其理论思想就往往超出该学科自身的认识范围，对其他学科的发展起指导作用并产生影响。科学思想在一定条件下还可以转化为科学方法，从而具有更广泛的认识意义。例如，20世纪40年代创建的系统科学理论，可以与相对论、量子力学相媲美，系统科学思想转化为一整套系统科学方法，对科学技术的发展起了十分重大的作用。
科学思想来源于科学知识和科学理论，但又有别于科学知识或理论，蕴含着更深刻的思想内涵，相对于科学工作者的规范而言，它比科学知识或理论更具有普遍性和广域性，不仅规范着科学工作者的科学研究实践活动，也规范着他们的思维方式和行为方式。
科学工作者学习科学思想可以看成是对科学探索的再探索，对科学发现本身的再发现。有了这种再探索和再发现，科学的理论成果会进一步升华，科学认识的水准会达到更高的境界。爱因斯坦勉励人们努力探究科学思想，认为这是很有意义和魅力的。他指出，通常“科学结论几乎总是以完成的形式出现在读者面前，读者体验不到探索和发现的喜悦，感觉不到思想形成的生动过程，也很难达到清楚地理解全部情况”，然而“根据原始论文来追踪理论（思想）的形成过程却始终具有一种特殊的魅力”。
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本文作者陈敬全是东华大学人文学院教授