伽利略为近代科学方法的建立迈出了关键性的一步，他确信人要探索的自然知识是可以描述的。他指出，科学要研究和证明的是一些运动的性质而不考虑其原因。他郑重地宣布：不要研究为什么会如此，而要研究如何对现象（性质）的定量描述，这是近代关于科学方法论的最革命性的一步——把科学置于数学的保护之下。伽利略还指出，科学的任何一个分支都可以用数学模型仿制出来，其基本步骤是数学从公理出发，通过推理建立新定理，因而，科学的任一分支都应该由公理或原理出发进行推理。人们应当从公理中尽可能多地推出结论。这样做的目的是用头脑中的数学模型推出科学的结构。与他之前的哲学家们不同，伽利略认为，在物理学中，与在数学中正好相反，基本原理必须来源于经验和实验，而不来自天赋的观念。获取正确的基本原理的方法应是“自然说了些什么”，而不是“我们想了些什么”。他批评了那些认为大自然运作符合自己头脑定理的哲学家和科学家，他说，“自然界并不是首先造出大脑，然后再安排世界以便使之可为人的智力所接受”。在这里，与F.培根的思想完全一致。也有些人同意伽利略的观点：“靠推理并不能确保物理原理的正确性。”
伽利略在科学方法上的重大创新，是牛顿成功的前提。
17世纪中叶，在许多科学家的头脑中都出现了这么一个问题：能否在伽利略的地上物体运动定律和开普勒的天体运动定律之间建立一座桥梁？上帝设计了宇宙，因此可以推测所有的自然现象都遵循一个总的规划：上帝很可能用一套基本原理来支配相关联的事物。这就是说，寻找控制地面物体的运动和天体运动的规律，是那个时代一切科学家的中心问题。在这个问题上牛顿作出了杰出的划时代的贡献，他对代数、几何尤其是微积分都做出了自己独特的贡献，而所有这些，都只不过是达到那个目标的辅助手段而已，即只是表述自然定律的工具。他很幸运，正如狄德罗讲的，自然把秘密告诉了牛顿，他的运动三定律和万有引力定律回答了那个时代提出的问题。他从万有引力定律中推导出来的开普勒定律与观察结果十分吻合。这也为万有引力定律的正确性提供了强有力的证据，在所有这些工作中，牛顿用伽利略的提议来寻求数学的描述，而不是物理的解释，他把开普勒、伽利略、惠更斯的大量实验和理论成果综合起来，把数学描述和推导置于一切科学描述和预言之前。他在《自然哲学的数学原理》(1687)这本书的序言中说：“古人认为在研究自然事物时，力学最为重要，而今人则舍其实体化的形式和深藏的本质，力图以数学定律证明自然现象。我在本书中致力于用数学来探讨有关的哲学问题。因此我把这本书称作哲学的数学原理。因为哲学的全部任务就在于从各种运动现象来研究各种自然力，然后用这些力去推证其他现象。本书第一、第二编中的一些普遍命题就是为了这个目的而推出来的。然后根据其他同样是数学上的论证过的命题，从这些力中推演了行星、彗星、月球和海潮的运动。”在牛顿的天体力学中，其核心概念是万有引力，而万有引力的作用根本不能用物理术语来解释。这种放弃物理机制而采用数学描述的方法使人们十分吃惊，惠更斯、莱布尼兹都反对万有引力的纯数学解释。尽管如此，只靠数学的描述，也使牛顿那无与伦比的业绩成为现实。科学所做的是牺牲物理上的可解释性而得到数学上的可描述性和可预测性。牛顿放弃了物理学的解释，用数学概念和量化了的公式给人类一个崭新的世界秩序，用一套普通的、仅用数学表述的物理原理控制的宇宙，这是一个包括了石头下落、海洋潮汐、行星运动、恒星运动等宏大无比的规划，它使世人折服：自然界是依数学设计的，自然界的真正定律即数学。
18世纪的数学家们、科学家们都继承了牛顿的思想。拉格朗日的《分析力学》(1788)可看成是牛顿数学方法的典范。在此书中，力学问题都做了数学化处理，与真实的物理过程没有关系。牛顿的方法也用来解释一些新的科学分支：流体力学、弹性力学和电磁学。在本书中，我们可以看到麦克斯韦是如何用数学方法来处理这些问题的，可以说，麦克斯韦研究电磁场的方法，也是这种方法的光辉典范。
当然，单纯依赖不被物理学支持的数学公式，使牛顿也感到不安，他和他那个时代的所有科学家和数学家一样，都相信上帝创造的世界与数学原理相吻合，“太阳行星和彗星这个最美丽的系统只能开始于一个有智慧有能力的人的圣旨与支配。这个人统治了天下万物，他不仅是世界的灵魂，而且是一切的主宰”。1692年12月10日他在写给理查德·本特利的信中说，“为了形成宇宙系统及其全部运动，就得有这样一个原因……要在差别如此巨大的天体之间比较和协调所有一切，可见这个原因决不是盲目的和偶然的，而是非常精通力学和几何学的。”牛顿对宗教的兴趣是他进行数学和科学研究的强大动力。他相信基督教的教义是上帝的启示，上帝是一切自然力和万物存在的原因。从他青年时代起，他就笃信宗教，他的后半生也完全献给了神学。虽然科学研究本身是要从神秘中解放出来，但牛顿认为“科学是崇拜上帝的形式”。麦克斯韦也讲过这句话，麦克斯韦的一生也说明了这一点。
虽然莱布尼兹在与牛顿关于微积分发明权上进行了激烈争吵，但莱布尼兹在相信上帝是宇宙的创造者这个信条上，与牛顿毫无二致，也是一个百科全书式的大智者，他也视“科学是一种宗教使命”，“在我看来，人类追求的首要目标就是理解和发展上帝所创造的奇迹”。现实世界与数！学世界是和谐统一的，因为上帝与世界是统一的，上帝的精心计算在前，所以世界如此，数学与自然之间有一种先天的默契，宇宙是尽善尽美的，是所有可能的世界中最美好的世界，而且是理性的思维揭示了它的规律。
