Una teoría científica es un conjunto de conceptos, incluyendo abstracciones de fenómenos observables y propiedades cuantificables, junto con reglas (leyes científicas) que expresan las relaciones entre las observaciones de dichos conceptos. Una teoría científica se construye para ajustarse a los datos empíricos disponibles sobre dichas observaciones, y se propone como un principio o conjunto de principios para explicar una clase de fenómenos.
Los científicos elaboran distintas teorías partiendo de hipótesis que hayan sido corroboradas por el método científico, luego recolectan pruebas para poner a prueba dichas teorías. Como en la mayoría de las formas del conocimiento científico, las teorías son inductivas por naturaleza y su finalidad es meramente explicativa y predictiva.
La fuerza de una teoría científica se relaciona con la cantidad de fenómenos que puede explicar, los cuales son medidos por la capacidad que tiene dicha teoría de hacer predicciones falsables respecto de dichos fenómenos que tiende a explicar. Las teorías son mejoradas constantemente dependiendo de la nueva prueba que se consiga, por eso las teorías mejoran con el tiempo. Los científicos utilizan las teorías como fundamentos para obtener conocimiento científico, pero también para motivos técnicos, tecnológicos o médicos.
La teoría científica es la forma más rigurosa, confiable y completa de conocimiento posible. Esto es significativamente distinto al uso común y coloquial de la palabra «teoría», que se refiere a algo sin sustento o una suposición.
La teoría científica representa el momento sistemático explicativo del saber propio de la ciencia natural; su culminación en sentido predictivo.
Los años 50 del siglo XX supusieron un cambio de paradigma en la consideración de las «teorías científicas».
Según Mario Bunge en aras de un inductivismo dominante,[1]​ con anterioridad se observaba, clasificaba y especulaba. Ahora en cambio:

Se realza el valor de las teorías con la ayuda de la formulación lógico-matemática
Se agrega la construcción de sistemas hipotético-deductivos en el campo de las ciencias sociales[2]​
La matemática se utilizaba fundamentalmente al final para comprimir y analizar los datos de investigaciones empíricas, con demasiada frecuencia superficiales por falta de teorías, valiéndose casi exclusivamente de la estadística, cuyo aparato podía encubrir la pobreza conceptualEn definitiva, concluye Bunge: «Empezamos a comprender que el fin de la investigación no es la acumulación de hechos sino su comprensión, y que ésta solo se obtiene arriesgando y desarrollando hipótesis precisas que tengan un contenido empírico más amplio que sus predecesoras.»[3]​
Existen dos formas de considerar las teorías:

Las teorías fenomenológicas buscan «describir» fenómenos, estableciendo las leyes que establecen sus relaciones mutuas a ser posible cuantificadas. Procuran evitar cualquier contaminación «metafísica» o «esencial» tales como las causas, los átomos o la voluntad, pues el fundamento consiste en la observación y toma de datos con la ayuda «únicamente» de las variables observables exclusivamente de modo directo. Tal es el ideal del empirismo: Francis Bacon, Newton, neopositivismo. La teoría es considerada como una caja negra.
Las teorías representativas buscan la «esencia» o fundamento último que justifica el fenómeno y las leyes que lo describen. Tal es el ideal del racionalismo y la teoría de la justificación: Descartes, Leibniz. En relación con lo anterior Bunge propone considerarla como «caja negra traslúcida».[4]​