В философии науки изучаются и сравниваются различные модели развития науки. В первой трети ХХ в. философия науки была занята построением целостной научной картины мира: исследованием соотношения детерминизма и причинности: изучением динамических и статистических закономерностей. Философия науки осмысливала революционные процессы, происходившие в основаниях науки на рубеже 19-20 вв. Центральными фигурами данного этапа стали как философы, так и выдающиеся ученые (Э. Мах, М. Планк, А. Пуанкаре, П. Дюгем, Э. Кассирер, А. Эйнштейн). Это предопределило то обстоятельство, что главным предметом анализа стали содержательные основоположения науки – прежде всего теории относительности и квантовой механики.

Следующий период (1920-40) можно обозначить как аналитический. Он во многом воодушевлялся идеями раннего Л. Витгенштейна и определялся программой анализа языка науки, разработанной классическим неопозитивизмом (Венский кружок и Берлинская группа – М. Шлик, Р. Карнап, Ф. Франк, О. Нейрат, Г. Рейхенбах). Свою задачу неопозитивистская философия науки видела в том, чтобы прояснить логическими методами отношение между эмпирическим и теоретическим уровнями знания, устранить из языка науки «псевдонаучные» утверждения и способствовать созданию унифицированной науки по образцу математизированного естествознания. Понятие науки при этом свелось к тому, что англичане называют «science» – естествознание.

Вторая треть ХХ в. занята анализом проблемы эмпирического обоснования науки, выяснением сложности процедур верификации, фальсификации, дедуктивно-номологического объяснения. Анализу были подвергнуты парадигмы научного знания, научно-исследовательские программы, проблемы тематического анализа науки. Сюда относится концепция логики научного исследования К. Поппера, центральными моментами которой явились критика психологизма, проблема индукции, разграничение контекста открытия и контекста обоснования, демаркации науки и метафизики, метод фальсификации и теории объективного знания.

В последней трети ХХ в. обсуждалось расширенное понятие научной рациональности, были сделаны попытки реконструкции логики научного поиска. Новое содержание приобрели критерии научности, методологические нормы и понятийный аппарат постклассической стадии развития науки. Ныне возникает осознанное стремление к историзации науки, выдвигается требование соотношения философии науки с её историей. Актуальными оказались проблемы гуманизации и гуманитаризации науки. Главными темами стали возможность реконструкции исторической динамики знания и неустранимость социокультурных детерминант познания (М. Полани, С. Тулмин, Н. Хэнсон, Т. Кун, И. Лакатос, Дж. Агасси, П. Фейерабенд, К. Хюбнер, Д. Лаудан). На этом этапе философия науки превращается в междисциплинарное исследование. Начинается размывание предметных и методологических границ между философией науки, социальной историей науки, социальной психологией и когнитивной социологией науки.

В процессе развития философии науки сложилось несколько типичных представлений о природе и функциях философии науки. Одно из них гласит, что философия науки является формулировкой общенаучной картины мира, которая совместима с важнейшими научными теориями и основана на них. Согласно другому, философия науки есть выявление предпосылок научного мышления и тех оснований, которые определяют выбор учеными своей проблематики. Далее, философия науки понимается как анализ и прояснение понятий и теорий науки. Наконец, наиболее распространено убеждение, что философия науки есть метанаучная методология, проводящая демаркацию между наукой и ненаукой, т.е. определяющая, чем научное мышление отличается от иных способов познания, каковы основные условия корректности научного объяснения и каков когнитивный статус научных законов и принципов, каковы механизмы развития научного знания.