1 Thí nghiệm lý tưởng: “thí nghiệm lý tưởng” trong tâm trí. Dựa trên các sự kiện và kinh nghiệm sống của quan sát, sử dụng tri thức khoa học đã thành thạo, đầu cơ lý thuyết và lý luận logic trong tâm trí, chủ yếu sử dụng phỏng đoán để đề xuất tiên đề, và sau đó sử dụng các phương pháp toán học để lập luận logic. Thuyết tương đối của Einstein là một ví dụ điển hình về nghiên cứu thực nghiệm lý tưởng.
2 Quan sát thí nghiệm: Thu nhận một quan sát khoa học về đối tượng trong một sự kiện tự nhiên. Phương pháp này có một loạt các ứng dụng trong sinh học, địa chất và địa lý. Ví dụ, các nhà sinh vật học thu thập các mẫu vật để khám phá các loài mới, các nhà cổ sinh vật thu thập các hóa thạch để chứng minh sự tiến hóa sinh học và các nhà địa chất quan sát các cấu trúc trình diễn phần địa chất. Darwin đã thành lập lý thuyết về sự tiến hóa sinh học, chủ yếu nhờ vào các thí nghiệm quan sát thực địa rộng lớn. Ông định nghĩa khoa học là: "Kinh nghiệm cảm ứng để khám phá ra luật pháp từ nó."
3 Thí nghiệm mô phỏng: các thí nghiệm dựa trên các mô hình toán học và mô phỏng máy tính. Quá trình nghiên cứu như sau: thu thập dữ liệu và thông tin của sự vật, sử dụng mô hình toán học và máy tính để tiến hành phân tích mô phỏng theo hướng dẫn của các lý thuyết hoặc giả định nhất định, và hiểu được bản chất và luật pháp của sự vật.
4 Thí nghiệm đối chứng: Trong phòng thí nghiệm, trong môi trường kiểm soát nhân tạo, thí nghiệm được thực hiện bằng phương pháp vật lý hoặc hóa học, là phương pháp phổ biến nhất trong khoa học vật lý và hóa học và khoa học môi trường. Đây cũng là một thử nghiệm hẹp mà mọi người thường gọi.