Nous pouvons définir la science comme l'ensemble des connaissances méthodiquement ordonnées et fondées sur l'observation du monde. Au sens restreint, moderne, cette science comprend une méthodologie dont les éléments essentiels sont l'observation, l'échantillonnage, la modélisation et l'expérimentation, exécutées de façon itérative dans le but d'en arriver à des modèles du réel de plus en plus puissants et fidèles, capables d'expliquer ou de prédire les comportements des objets. Ces modèles doivent être compatibles avec les connaissances déjà acquises, et les résultats doivent être semblables lorsque les expériences sont répétées dans des conditions expérimentales semblables. La vérification et la falsification des modèles proposés, ainsi que le doute, la remise en question, sont des aspects importants de cette méthodologie.
Au sens large, le terme science (ou sciences au pluriel) englobe tous les systèmes de connaissances, y compris ceux dans lesquels l'expérimentation et l'échantillonnage sont très difficiles, voire impossibles, à condition de se baser toujours sur l'observation du monde réel et de se référer, dans la mesure du possible, à des connaissances acquises par cette méthodologie de la science au sens restreint.
La science est donc naturaliste et matérialiste. On dit souvent que la science rejette le surnaturel, mais il serait peut-être plus exact de dire que, si des phénomènes surnaturels existaient, ils feraient partie du monde réel et seraient, de ce fait, susceptibles d'être étudiés de façon scientifique (à condition, bien sûr, qu'il y ait un minimum de régularité des phénomènes, car la recherche serait impossible dans un univers purement chaotique ; autrement dit, admettre l'intervention divine sans contraintes tuerait la science dans l'oeuf). Le naturel engloberait le « surnaturel ». Cette observation rejoint la fameuse remarque de Arthur C. Clarke, que la magie (mais seulement celle qui fonctionne !) est la science du futur. Pour un paysan du