Неопозитивизм выявил многие трудности, возникающие в процессе познания, и на определенном историческом этапе способствовал их решению. Но сама наука также находится в развитии, а, следовательно, порождает новые методологические проблемы.
Потребность в осмыслении результатов естествознания, в первую очередь физико-математических наук, объяснении структуры этих наук и их методологии вызвала к жизни множество философских концепций, образовавших самостоятельный раздел философии. В него вошли «философия математики», «философия физики», «философия биологии» и т. п. В советской философии активно разрабатывались философские вопросы естествознания. Одна из причин появления философии науки связана также с необходимостью критического анализа неопозитивистской концепции науки.
Известный физик М. Борн писал: «Физика нуждается в обобщающей философии, выраженной на повседневном языке». Многие выдающиеся естествоиспытатели – Н. Бор, М. Планк, В. Гейзенберг и другие – наряду с разработкой труднейших естественнонаучных проблем особое внимание уделяли философии. Так, М. Борн критиковал крайне позитивистскую точку зрения, согласно которой единственной реальностью являются ощущения, а все остальное – конструкции нашего разума.
Стремительные темпы развития науки, эволюция ее методов выдвинули немало проблем, решение которых не могло быть получено без привлечения философии. Это проблемы уточнения предмета наук, истинности знания, детерминизма и причинности, взаимосвязи прибора и наблюдателя, возможности предсказания результатов эксперимента и другие методологические аспекты познания структуры материального мира.
Видным выразителем философии науки является английский философ Карл Поппер, в свое время бывший активным участником Венского кружка. И хотя Поппер по своим философским взглядам является представителем логического позитивизма, он критически относился ко многим его положениям. Главное в этой критике – упрек позитивизму за его натурализм и априоризм. В своем труде «Логика и рост научного знания» в качестве центральной философской проблемы Поппер рассматривает задачу поиска критерия демаркации между наукой и псевдонаукой. Исходя из представлений крайнего антииндуктивизма, он предложил ввести принцип фальсифицируемости, иными словами, довод о принципиальной опровержимости любого знания, претендующего на научность. По его мнению, логика научного исследования свободна от любых субъективных психологических воздействий. В этом состоит основное отличие философских взглядов Поппера от логического эмпиризма Витгенштейна и Рассела, выражающееся в противопоставлении принципа фальсифицируемости принципу верифицируемости. Таким образом, философия науки Поппера базируется на антипсихологизме и опирается на аппарат математической логики. Теория научного метода не может быть эмпирической теорией, но должна быть философской, эпистемологической теорией со всей вытекающей отсюда спецификой. Тем самым философия фактически сводится к логической теории научного познания.