通常意义上对一门学科的定义，往往采用最多的是依据其研究对象而划分边界。科学的研究对象通常意义上被理解为“自然”。所谓“自然的”，即“非人工”的，摆脱了一切主观因素的“客观事实”。在解释这类现象的时候，科学家们往往不会诉诸于任何“主观意见”的因素在内，因而是一种纯粹机械论的解释。对于人文社会学科来说，这种纯粹的“客观事实”是不可想象的，因为不同于自然科学，所有人类有意识的行为的背后都有着“意见”的因素，因而对一个行为的解释势必不仅仅是另一个事实，而是一种目的论的解释。
然而自然科学研究对象的这种“事实崇拜”也并非是无可争议的。舒斯特指出，客观事实本身并非是科学研究的真正对象，对客观事实的知觉也并非是科学研究的对象。任何科学研究的直接经验对象都是关于客观事实的公开的观察报告。不论是口头的还是书面的，当编制这些报告时，没有办法用信念、价值观和目标把这些报告的形式和建构从居于它们内部的真正的事实的某些假定的内核中分离出来。科学中的事实也具有渗透信念、理论、价值观和目标的相同特点，也都是可再协商、可再解释的文本。
除了客观性与主观性之辨，著名的古典自由主义社会学者哈耶克（F. A. Hayek）从另一个角度阐释了科学研究对象的复杂性特征。社会学科中所直接经验到的个人自觉的行为，是社会学科中的基本要素，而解释这种自觉的行为的社会规律则是综合了众多的个体要素，去重建各种社会关系的建构过程。相反在自然科学的研究中，直接经验到的自然现象相对于解释它们的原理来说都是复杂现象，对自然现象的任何一种精确的理论说明，都必须以“原子”和“力”为最基本的要素。科学家必须从自然界的复杂现象入手，再回过头来推导出那些构成它们的要素。这种由人在世界中的存在序列所规定了的自然科学研究对象的复杂性，决定了对于其研究的方法上的分析特征以及对其结论上的可预测性。
然而这种对自然科学对象的描述也存在着一定的局限，当我们把视野扩大到微观和宇观领域中，特别是在理论物理领域，这种研究对象和一般规律的关系则恰恰相反。当我们试图通过研究对象的特征对科学下一个定义的时候，发现不论是面临着“理论渗透”冲击的“客观事实”，还是覆盖面并不精确的“复杂性”，都无法得出令人信服的结果。
当我们把视野聚焦于科学研究的方法时，这种窘迫的情况似乎能得到一定改观。关于现代科学在研究过程中一个被普遍认可的共识是，控制变量的实验在其结论获得真理性的过程中不可替代的作用。实验被大量引入自然科学研究是科学革命以后出现的历史现象，在此之前，古典时代的自然哲学家们往往因循的是亚里士多德的研究法，这种自然哲学的基础是细致的观察，而不是实验或技术经验。亚里士多德依据其宇宙观中“自然运动”和“受力运动”的区别，得出了一切人工的干预都会使得自然打破其“自然位置”的结论，因此在方法论上对人为控制的实验采取一种否定性的认识。这种自然哲学完全建立在一种外在于自然的观察活动之上。
这一自然哲学研究方法传统在培根、笛卡尔、波义耳（Robert Boyle）等人那里被颠覆，新的观点在科学革命时代被普遍接纳：技术或者实验不会歪曲自然的原初状态，相反，实际上辅助解释了自然界的真相，这一真相隐藏在亚里士多德哲学所研究的肤浅的自然模式之下。全新的研究方法即一套发现事实、从事实中推导出理论并对理论进行检验的规则和程序。在这套程序中，发现事实即对自然的观察和描述，通过对这些描述的归纳和演绎的逻辑推理，建构出某种假设或理论，这与亚里士多德式的研究方法并没有本质区别。
然而之所以科学革命后的自然科学能够取得如此显著的成功，关键在于控制变量的实验。作为一种检验理论的方法，通过变量的人为控制，逐步排除诸多影响因素，最终实现对一个复杂现象的诸多原因的分类解释，使得其解释在某种程度上获得一种数学上的精确性。在这个过程中，数学方法的引入是为了实现对影响因子的控制而势必发生的现象。
