В период античности наука возникла как обособленная сфера духовной культуры. Появилась особая группа людей, специализирующихся на получении новых знаний. Знания становятся системными, теоретичными и рациональными. Естественные науки существовали в форме натурфилософии, неотделимой от философии. Ученые античного мира были энциклопедистами, носителями как гуманитарных, так и естественнонаучных знаний. Экспериментальная база естественных наук была крайне ограничена. В методологическом плане важным достижением античности явилось создание дедуктивного метода исследований, закрепленного в наиболее законченном виде в «Логике» Аристотеля, и аксиоматического метода изложения научных теорий, использованного впервые в «Началах» Евклида. Формальная логика Аристотеля, обогащенная новыми правилами, называется сейчас традиционной. На ее основе возникла математическая логика. Как междисциплинарная наука формируется математика, используемая при решении научных и прикладных задач.
Обратившись к античной науке в период ее наивысших достижений, можно найти в ней черту, принципиально отличающую ее от современной науки: в ней отсутствовал экспериментальный метод. Античная наука понимала значение опытного познания, о чем свидетельствует Аристотель, а до него писал об этом Демокрит. Античные ученые умели наблюдать окружающую природу. Они достигли высокого уровня в технике измерения длин и углов (об этом можно судить по процедурам, разработанных ими), например, для выяснения размеров земного шара (Эратосфен), для измерения видимого диска Солнца (Архимед) или для определения расстояния от Земли до Луны (Гиппарх, Посидоний, Птолемей). Но эксперимента как искусственного воспроизведения природных явлений, при котором устраняются побочные и несущественные эффекты и которое имеет своей целью подтвердить или опровергнуть то или иное теоретическое предположение, античность еще не знала. Этим объясняется тот факт, что широкая область физико-химических явлений осталась в античности во власти исключительно качественных спекуляций, так и не дождавшись появления адекватного научного метода.
Одним из признаков настоящей науки является ее самоценность, стремление к знанию ради самого знания. Этот признак, однако, не исключает возможности практического использования научных открытий. В античную эпоху подобного взаимодействия науки и практики не было. Античная экономика, основанная на использовании ручного труда рабов, не нуждалась в развитии техники. По этой причине греко-римская наука, за немногим исключением (инженерная деятельность Архимеда), не имела выхода на практику. Технические достижения античного мира в области архитектуры, судостроения, военной техники никак не связаны с развитием науки. Отсутствие такого взаимодействия оказалось в конечном счете пагубным для античной науки.