В изучении природы можно различать два этапа: донаучный и научный этапы.

Донаучный или натурфилософский этап охватывает период начиная от античного периода до установления экспериментального естествознания XVI-XVIIвека. Представления о природе в этот период носили чисто натурфилософский характер, наблюдаемые природные явления объяснялись на основе смонтированных умственным путем философских принципов. Самым большим достижением естествознания в этот период явилась, считавшаяся дискретивной концепцией строения материи, учение античного атомизма. Согласно этому учению, все тела формируются из считающихся самыми маленькими частицами материи атомов. Согласно античному атомизму предоставившему первичную теоретическую модель атома, атомы являются невидимыми, неделимыми и непроницаемыми микрочастицами, отличаются друг от друга только количественными отношениями – формой, размерами, строем.

Античный атомизм, который объяснял целое как механическую совокупность формирующих его частей, явился первой теоретической программой. Исходными понятиями атомизма были атом и вакуум. Согласно создателю этого учения Демокриту, вакуум необходим для объяснения механического размещения тел в пространстве и их деформации (сжатие, удлинение и другие) под влиянием внешних сил. Атомизм объяснял сущность протекания природных процессов механическим взаимовлиянием атомов, их притяжением и отталкиванием.

Механическая программа объяснения природы, впервые выдвинутая в античном атомизме, реализовалась в классической механике, положившей начало изучению природы научным способом.

Современные научные представления о структурных уровнях формирования материи следует начинать с концепции классической физики об изучении микромира, которая зародилась в результате критического исследования представлений классической механики, которые применяются только в микромире.

Формирование научных представлений о строении материи относится к XVI веку, к периоду заложения Г.Галилеем основы механической картины мира. Галилей не только обосновал гелиоцентрическую систему Н.Коперника, открыл законы инерции движения и свободного падения, он также разработал новый методологический способ описания природы – научно-теоретический метод. Сущность этого метода заключается в том, что, отобрав целый ряд физических и геометрических характеристик природы, Галилей превратил их в предмет научного исследования. Отбор отдельных характеристик объекта предоставил возможность созданию теоретических моделей и проверке их на основе научного эксперимента. Сформулированная Галилеем методологическая концепция сыграла решающую роль в утверждении классического естествознания.

Опираясь на исследования Галилея, И.Ньютон разработал механическую научную теорию движения земных и небесных тел по одним и тем же законам, рассматривая природу как сложную систему. Разработки Ньютона и его последователей послужили основой для создания дискретной (корпускулярной) модели реальности в рамках механической картины мира. Здесь материя рассматривается как материальная субстанция, сформированная из отдельных атомов или корпускуляров, свойства массы и веса приписываются неделимым, неизменным, непроникновенным атомам.

Ньютон сформулировал важную характеристику мира – трехмерное пространство, находящееся в обязательно неизменном и долговечном покое эвклидовой геометрии. Это пространство однородно и изотропно. Причина однородности пространства заключалась в неизменности геометрических свойств во всех точках, причиной изотропности – неизменность этих свойств во всех направлениях. Ньютон, отделив время от материальных процессов, также абсолютизировал его и отождествлял его с одной из метрических характеристик времени – продолжительностью. Во взглядах Ньютона единомерное абсолютное время, описываемое, как равноскоростное течение нематериальной субстанции от прошлого к настоящему, обладает беспрерывной структурой, однородно, изотропно, бесконечно и универсально. Ньютон объяснял однородность времени ковариантивностью законов движения относительно превращений Галилея, изотропность – ковариантивностью законов движения относительно временной инверсии.

Ньютон рассматривал движение как перемещение в пространстве, происходящем по всей протяженности беспрерывной траектории на основе законов механики, и выдвинул предположение о том, что физические процессы могут соотноситься с перемещением под влиянием сил притяжения, считающихся силами влияния на дальние расстояния, которые присущи материальным точкам.

Французский ученый и философ Р.Декарт, выступая со своей дуалистической концепцией об отношении материи и мышления, обосновывал механическое объяснение природы философской стороной и показал, что можно объективно объяснить мир, не принимая во внимание человека-наблюдателя. Звучащая в такт с ньютоновскими взглядами эта вера сыграла большую роль в направленности развития естественных наук в этот период.