科學哲學主要探討三大問題，除了科學的終極目的、科學理論的可靠性，還有一項是?
什麼有資格作為科學
與此密切相關的問題是，什麼才算是一個好的科學解釋。除了提供對未來事件的預測，社會往往需要科學理論為經常發生或已經發生的事件提供解釋。哲學家們對「一個科學理論成功地解釋了一個現象」以及「一個科學理論具有解釋力」之說法所憑依的標準進行了調查研究。演繹-律則模型是一個早期的，有影響力的科學解釋的理論。它說，一個成功的科學解釋必須能從一個科學定律推斷出某個現象的發生。這種觀點受到了很多的批評，導致人們想出幾個普遍承認的反例。如果待說明事物不能從任何律則推導出，這時候澄清「科學解釋」是什麼意思就特別具有挑戰性。韋斯利·薩爾蒙發展了一個模型，其中一個好的科學解釋必須和要解釋的結果在統計學上相關。其他人則認為，一個好的解釋的關鍵，是能統一不同的現象或能提供因果機制。
在此之後，由於W.V.蒯因的影響，真理融貫論成為了主流，其觀點為：如果一個理論使觀測有意義、作為一個整體的一部分，則這個理論是驗證了的。一些哲學家尋求將科學建立在公理假設的「地面」上。還有一些人，尤其保羅·費耶阿本德認為，不存在所謂的「科學方法」，因此所有的處理科學的方法都應該被允許，包括明確超自然的——不過費耶阿本德的觀點是科學哲學家中的一個例外。另一種思考科學的方式是，從社會學的角度來研究知識是如何創建的，代表學者有大衛·布魯爾和巴里·巴恩斯。最後，大陸哲學的處理科學的傳統，是從人類經驗的角度進行嚴格分析。具體學科的哲學包括了各種學科的課題：由愛因斯坦的廣義相對論引發的時間的本質之難題，經濟學對公共政策的影響，等等。一個重要主題是，某一科學學科是否可以「還原」為另一個學科，也即：化學可以還原為物理學，或者社會學可以還原為個體心理學嗎？科學哲學的一般問題也在具體的科學中更加具體地出現。
心理學是否為自然科學的範圍，目前也尚存爭議，一般較廣為接受的說法是心理學同時包含在自然科學與社會科學的範疇之中。自然科學的根本目的在於尋找隱藏在自然現象背後的規律，但是自然科學的工作尚不包括研究為什麼會存在這些規律。自然科學認為超自然的、隨意的和自相矛盾的現象是不存在的。自然科學的最重要的兩個支柱是觀察和邏輯推理。由對自然的觀察和邏輯推理自然科學可以引導出大自然中的規律。假如觀察的現象與規律的預言不同，那麼要麼是因為觀察中有錯誤，要麼是因為至此為止被認為是正確的規律是錯誤的。一個超自然因素是不存在的。
科學哲學是20世紀興起的一個哲學分支，關注科學的基礎、方法和含義，主要研究科學的本性、科學理論的結構、科學解釋、科學檢驗、科學觀察與理論的關係、科學理論的選擇等。該學科的中心問題是：什麼有資格作為科學，科學理論的可靠性，和科學的終極目的。此學科有時與形上學、本體論和認識論重疊，例如當它探索科學與真理之間的關係時。有許多關於科學哲學的核心問題，包括科學是否能揭示不可觀察之事物的真相，甚至科學推理是否可以被證明為合理的，哲學家們沒有達成共識。除了這些關於科學作為一個整體的一般性問題，科學哲學家也思考適用於特定學科例如生物學和物理學的問題。一些科學哲學家還使用當代的科學結果來達到哲學本身的結論。哲學的相關歷史可以追溯到至少亞里士多德時代，但科學哲學只有在20世紀中期邏輯實證主義運動興起之後才成為一個獨特的學科；該運動的目的是制定標準，確保所有哲學陳述有意義，並客觀地評估它們。托馬斯·庫恩在他1962年的里程碑著作《科學革命的結構》中質疑了「科學進步之過程是基於固定的系統性實驗方法的一個穩定的、累積的知識採集」的既定看法，並聲稱任何進步都是相對於一個「範式」發生的。卡爾·波普爾和查爾斯·桑德斯·皮爾士則從實證主義出發走得更遠，為科學方法建立了一套現代標準。