Sains adalah jenis pengumpulan pengetahuan dan kolaborasi antarpribadi berdasarkan standar yang disebut metode ilmiah. Tujuannya adalah untuk merumuskan teori-teori yang berhasil memprediksi berbagai fenomena, mulai dari kecepatan bola yang menggelinding menuruni bukit hingga cara sebuah bintang runtuh karena kehabisan bahan bakarnya.
Metode ilmiah adalah siklus dasar pembentukan dan pengujian hipotesis. Pertama, ilmuwan membentuk hipotesis tentang cara kerja sesuatu. Misalnya, semua benda jatuh dengan kecepatan yang sama di Bumi dalam ruang hampa. Hipotesis diikuti dengan pengujian. Ilmuwan harus menggunakan ruang vakum sebagai peralatan eksperimental, menjatuhkan berbagai benda di dalam ruang, dan mengukur durasi jatuhnya seakurat mungkin. Kemudian ilmuwan membandingkan hasil dengan hipotesis asli, melihat apakah mereka mendukung atau menentangnya. Tapi bukan itu saja – ilmuwan harus mempublikasikan hasilnya, sehingga ilmuwan lain dapat mencoba eksperimen yang sama dan memastikan bahwa hasilnya dapat direproduksi.
Reproduksibilitas adalah faktor utama ilmu pengetahuan yang baik, karena terkadang orang akan merancang eksperimen dengan cara yang secara artifisial meningkatkan kemungkinan hipotesis mereka dikonfirmasi, atau bahkan mengarang data. Kualitas lain yang diinginkan dari hipotesis ilmiah adalah falsifiability. Jika hipotesis tidak dapat dibuktikan salah, itu tidak ilmiah.
Sains dibagi menjadi tiga kategori utama: ilmu alam, yang mempelajari fenomena alam seperti biologi, fisika, kimia, geologi, dll; ilmu-ilmu sosial, yang mempelajari manusia dan masyarakat kita seperti psikologi, sosiologi, antropologi, dll.; dan sains formal, yang mencakup matematika, statistik, dan logika — dan ada beberapa kontroversi mengenai apakah sains formal harus dianggap sains sama sekali. Ketiga divisi ini sangat penting dan telah memberikan kontribusi yang tak terukur bagi pengetahuan dan kesejahteraan umat manusia selama beberapa abad terakhir.
Ketika sains digunakan untuk menyelesaikan tugas atau tantangan tertentu, misalnya menggunakan pengetahuan ilmiah tentang medan listrik untuk merancang sirkuit, itu disebut sains terapan. Ilmu-ilmu alam dan ilmu-ilmu sosial disebut ilmu-ilmu empiris karena didasarkan pada eksperimen, sedangkan ilmu-ilmu formal seperti matematika bersifat non-empiris. Meskipun beberapa filsuf sains menganggap pembuktian teorema sebagai eksperimen, sebagian besar menganggap matematika non-empiris karena tidak melibatkan pengujian dunia nyata.
Penting dalam sains adalah penghapusan bias. Bias diperkenalkan ketika seorang ahli teori akan lebih memilih hasil eksperimen tertentu dan secara sadar atau tidak sadar mengubah eksperimen untuk memastikannya, atau ketika penalaran emosional lebih diutamakan daripada penalaran logis. Sains mengandung banyak perlindungan dalam upaya melawan bias, seperti reproduktifitas dan standardisasi. Namun bias masih marak dalam sains: perusahaan besar memberikan miliaran dolar setiap tahun kepada para ilmuwan dan mengharapkan mereka menghasilkan temuan yang mencerminkan secara positif bisnis atau industri donor. Beberapa politisi lebih suka mengabaikan temuan ilmiah jika mereka tidak nyaman dengan rencana yang telah mereka buat sebelumnya. Semua ini tidak berarti bahwa sains kurang berguna daripada menebak, takhayul, atau iman: hanya saja ada standar yang lebih baik dan lebih buruk untuk sains dan dibutuhkan upaya untuk melakukan sains yang baik.