Semua studi ilmiah didasarkan pada beberapa prinsip : kausalitas alami, keseragaman dalam ruang dan waktu, dan kesamaan persepsi. Kausalitas alami menerima bahwa semua fenomena yang dipelajari memiliki penyebab alami yang mampu kita pahami, yaitu, bukan karena fenomena supernatural. Meskipun prinsip ini mungkin tampak jelas, pada zaman dahulu tidak demikian, misalnya dalam kasus gerhana matahari, yang dianggap karena campur tangan Tuhan.
Prinsip kedua mengasumsikan bahwa fenomena yang dipelajari berlaku di mana saja dan kapan saja. Ini adalah prinsip yang sangat penting dalam biologi, karena ada proses seperti evolusi yang dimulai jauh sebelum manusia ada. Akhirnya, dalam sains prinsip persepsi umum diasumsikan: semua orang memandang peristiwa dengan cara yang sama. Prinsip ini tidak terpenuhi di bidang lain seperti seni atau etika, karena setiap individu memiliki selera dan nilai yang tergantung pada aspek seperti budaya, asal, kepercayaan, dll.
Setelah prinsip-prinsip ini diasumsikan, penelitian ilmiah beroperasi dengan metode ilmiah, yang terdiri dari serangkaian langkah ketat yang bertujuan mencari penjelasan untuk pengamatan yang dilakukan. Ini tahap adalah:
Pengamatan: ilmuwan mengamati beberapa fenomena alam tertentu. Misalnya, tumbuhan tertentu memiliki daun berwarna kuning.
Pertanyaan: Pengamatan mengarah pada pertanyaan spesifik tentang gaya: “Bagaimana ini bisa terjadi?” “Mengapa itu terjadi?” Dalam contoh tanaman, ilmuwan bertanya: “Mengapa beberapa tanaman memiliki daun kuning?”
Hipotesis: berdasarkan pengetahuan mereka sebelumnya, atau pada penyelidikan lain, pengamat mengajukan hipotesis atau prediksi yang menjawab pertanyaan yang diajukan dan menjelaskan fenomena alam. Melanjutkan kasus sebelumnya, ilmuwan dapat memprediksi: “Daun menguning karena ada sedikit nitrogen di dalam tanah.”
Eksperimen: membuat prediksi tidak cukup, Anda harus memeriksanya. Ini adalah bagian terpenting dari proses, dan perlu untuk melakukan eksperimen dengan cara yang ketat untuk mendapatkan hasil yang valid. Eksperimen yang dirancang dengan buruk dapat mengarah pada kesimpulan yang salah, meskipun eksperimen tunggal seharusnya tidak cukup untuk membuktikan atau menyangkal hipotesis: ini harus dapat direproduksi oleh peneliti lain.
Pada contoh di atas, peneliti dapat merancang eksperimen sederhana untuk menguji apakah daun menguning karena kekurangan nitrogen. Untuk melakukan ini, ia menanam sejumlah tanaman di rumah kaca. Setengah dari mereka akan tumbuh di substrat tanpa nitrogen, dan setengah lainnya di substrat nitrogen. Kelompok terakhir ini disebut kontrol, dan akan digunakan untuk membandingkan hasil dengan kelompok di mana variabel yang akan dipelajari dimodifikasi, dalam hal ini nitrogen. Variabel lain yang dapat mempengaruhi penguningan – cahaya, suhu, kelembaban… – tetap konstan untuk semua tanaman.
Kesimpulan: setelah data percobaan diperoleh, peneliti menganalisisnya dengan teknik statistik dan memperoleh hasil. Hasil ini membantu Anda memvalidasi atau menyangkal hipotesis Anda. Prediksi yang tidak didukung mengarah pada pengembangan hipotesis baru, tetapi dalam semua kasus ini adalah kesimpulan yang valid yang harus dibagikan kepada komunitas ilmiah, biasanya dalam bentuk publikasi. Ada ungkapan dalam sains yang mengatakan: “hasil negatif juga hasil.” Untuk menyelesaikan kasus tanaman, jika diamati bahwa tanaman kontrol memiliki daun hijau, dan tanaman yang tumbuh tanpa nitrogen berwarna kuning, ilmuwan memvalidasi hipotesisnya dan menyimpulkan bahwa daun menguning karena kekurangan nitrogen. Sebaliknya, jika tidak demikian, maka kesimpulannya adalah tidak dapat dibuktikan bahwa kekurangan nitrogenlah yang menyebabkan terjadinya kekuningan. Ini membuatnya mengajukan hipotesis baru: apakah kekurangan nitrogen bersama dengan kelebihan cahaya yang menyebabkan daun menguning? Apakah parasit penyebabnya? Proses kemudian dimulai lagi dengan desain eksperimen baru.
Meskipun metode ilmiah adalah alat yang sangat efektif, perlu untuk mengenali batas – batasnya . Banyak variabel yang terlibat dalam fenomena biologis, dan jarang mungkin untuk memastikan bahwa semua variabel telah diperiksa. Oleh karena itu, kesimpulan ilmiah apa pun dapat disangkal dan harus ditinjau ulang.