Trong khoa học, một lý thuyết là một giải thích hợp lý cho các hiện tượng quan sát được có liên quan. Một lý thuyết thường bao gồm một mô hình tưởng tượng giúp các nhà khoa học hình dung cách một hiện tượng quan sát được có thể được tạo ra. Một ví dụ điển hình về điều này được tìm thấy trong thuyết động học phân tử, trong đó các chất khí được hình dung là được tạo thành từ nhiều hạt nhỏ chuyển động liên tục.
Một lý thuyết hữu ích, ngoài việc giải thích các quan sát trong quá khứ, còn giúp dự đoán các hiện tượng chưa được quan sát. Sau khi một lý thuyết được công bố, các nhà khoa học thiết kế các thí nghiệm để kiểm tra lý thuyết đó. Nếu các quan sát xác nhận dự đoán của các nhà khoa học, thì lý thuyết được ủng hộ. Nếu các quan sát không xác nhận các dự đoán, các nhà khoa học phải tìm kiếm thêm. Có thể có một lỗi trong thí nghiệm, hoặc lý thuyết có thể phải được sửa đổi hoặc bác bỏ.
Khoa học bao gồm trí tưởng tượng và tư duy sáng tạo cũng như thu thập thông tin và thực hiện các thí nghiệm. Bản thân các sự kiện không phải là khoa học. Như nhà toán học Jules Henri Poincare đã nói: “Khoa học được xây dựng bằng các sự kiện giống như một ngôi nhà được xây bằng gạch, nhưng một bộ sưu tập các sự kiện không thể được gọi là khoa học hơn là một đống gạch có thể được gọi là một ngôi nhà.”
Hầu hết các nhà khoa học bắt đầu một cuộc điều tra bằng cách tìm hiểu những gì các nhà khoa học khác đã học được về một vấn đề cụ thể. Sau khi các sự kiện đã biết được thu thập, nhà khoa học đi đến phần điều tra đòi hỏi trí tưởng tượng đáng kể. Các giải pháp khả thi cho vấn đề được xây dựng. Những giải pháp khả thi này được gọi là giả thuyết.
Theo một cách nào đó, bất kỳ giả thuyết nào cũng là một bước nhảy vào điều chưa biết. Nó mở rộng tư duy của nhà khoa học vượt ra ngoài các sự kiện đã biết. Nhà khoa học lên kế hoạch thí nghiệm, thực hiện tính toán và đưa ra các quan sát để kiểm tra giả thuyết. Vì nếu không có giả thuyết, việc điều tra thêm sẽ thiếu mục đích và phương hướng. Khi các giả thuyết được xác nhận, chúng được hợp nhất vào các lý thuyết.
