作为与社会科学并行的科学领域，自然学通过数学建模、实验观测等手段，系统研究从微观粒子到宏观宇宙的自然现象[1] 。其特点体现在研究对象客观性强、研究方法可重复验证、研究成果普遍适用等方面，与注重人类社会活动研究的社会科学形成明确区分。
物理学以物质基本结构和运动规律为研究对象，建立经典力学、电磁学、量子力学等理论体系。作为自然学的带头学科，物理学的研究成果为其他分支提供基础理论支撑。
化学在分子原子层面解析物质组成、性质变化规律，建立元素周期律、化学键理论等核心理论。现代化学研究延伸至分子原子层面的物质组成与变化。
天文学通过光谱分析、射电观测等技术手段，研究恒星演化、星系形成等宇宙现象。最新研究聚焦暗物质探测、系外行星搜寻等课题。
地球系统科学整合地质学、大气科学、海洋科学等学科，构建地球各圈层相互作用模型。重点研究地球系统各圈层相互作用、宇宙天体运行规律等全球性问题，为解决生态环境问题提供理论依据。
生命科学跨学科融合生物学与化学结合形成生物化学，与物理学交叉产生生物物理学。现代研究通过基因编辑、蛋白质组学等技术，揭示生命现象的本质规律。
采用数学定量分析与实验验证相结合的研究范式，建立可量化、可检验的理论模型。典型方法包括：
控制变量法的系统性实验设计
大数据分析在生态研究中的应用
超级计算机模拟宇宙演化进程
随着脑成像技术的突破，心理学逐步纳入自然学研究框架，通过神经生物学手段研究认知机制。2020年代以来的发展趋势显示，人工智能算法已应用于天体物理数据分析、分子动力学模拟等领域[1] 。