作为科学学研究对象的科学，主要指自然科学，广义讲来包括基础科学、技术科学和工程科学。科学学的产生起源于对自然科学的社会性研究，科学学的发展表现于对自然科学与社会关系研究的发展。近年来虽有人提出把作为科学学研究对象的科学，扩大为包括所有科学直至哲学在内的设想，也有人开始了例如社会科学学、哲学学方面的研究，但迄今为止，多数人认为科学学的研究对象是以自然科学为主的。
作为科学学研究对象的自然科学，是广义的自然科学。它包括基础科学、技术科学和工程科学，而且也涉及自然科学关系密切的技术及工程问题。
实际上科学学的研究并不仅限于科学技术自身，而是包括在以下三个主要的方面：一是关于科学技术研究的研究，二是关于科学技术研究成果向现实生产力转化的研究，三是科学技术的发展同经济、社会相互关系的研究。这三方面的综合即社会中的科学技术事业。因此，比较准确地说，可以把科学学理解为是一门以整个科学技术事业为对象，研究科学技术自身以及科学技术同经济、社会相互关系的客观运动规律的科学，研究如何利用这种客观规律以促进科学技术与经济、社会协调发展的应用原理、原则和方法的科学。
科学学的研究对象和研究目的规定了科学学主体内容的两大方面：一方面是关于科学技术事业的认识内容，另一方面是如何利用这些知识的应用内容。认识内容包括科学技术的性质、特点、分类、体系结构、社会功能、发展规律、未来趋势等等。它们是对客观对象认识的概括和总结，具有系统理论的形态，构成了科学学的基础理论，因之这一大部分可以称之为理论科学学。应用内容包括在基础理论指导下所得出的制订科技发展战略、规划、政策以及对科学技术事业进行组织管理的原理、原则和方法等等，它们是对规律和理论的利用，因之这一大部分可以称之为应用科学学。运用这两大方面所提供的理论基础和应用原理，可以进一步进行开发性课题研究和指导解决科技事业中的种种具体问题。
由于理论科学学和应用科学学的内容都各自包括许多不同的方面，因此，对这些不同方面分别进行的深入和展开的研究及其研究成果就形成了许多相关的科学学的分支学科。现在理论科学学的分支学科已有科学体系学、科学能力学、科学社会学、科学经济学、科学逻辑学、科学计量学、科学方法学、科学心理学、科学伦理学、科学美学等等。应用科学学的分支学科已有科学战略学、科学规划学、科学政策学、科学体制学、科学管理学、科学人才学、科学教育学等等。但理论科学学与应用科学学的界限，很多地方是相对的，尤其是各分支学科之间，常有不同程度的交叉或重叠。