3.鼎盛阶段（19世纪）
经过18世纪各个方面的准备，19世纪科学进入了全面发展的鼎盛阶段，历史上，19世纪也被称为“科学的文化世纪”。在这个阶段，继物理学、天文学和化学之后，许多科学部门（如地质学和生物学）也开始从经验的描述上升到理论的概括，逐渐形成了自己的统一整体。与此同时，许多新的学科分支相继建立起来，如热力学、电磁学、物理化学、生理学、胚胎学等，各门学科之间的空隙逐渐得到填补。在19世纪，科学发展的最为重要的成就是出现了两次生物学的理论综合，即细胞理论的建立和进化论的提出，以及两次物理学的理论综合，即能量转化与守恒原理的发现和电磁理论的建立。
细胞理论的建立得益于显微镜的发明及其应用。显微镜是由荷兰人詹森在16世纪末发明的，伽利略和惠更斯对它进行了改进。1665年胡克在用显微镜观察软木切片时，发现了细胞。此后经过100多年的研究，一个完整的细胞理论终于在19世纪30年代形成。1838年施莱登发表了《论植物的发生》一文，提出细胞是一切植物体的基本单位，植物发育的过程就是新细胞形成的过程。1839年施旺发表了《动植物结构和生长相似性的显微研究》一文，把施莱登的学说扩大到了动物界。这样便形成了适用于整个生物界的细胞理论，动植物的结构组织和发育过程，便在细胞的层次上得到了一种统一的解释。
生物进化论的思想最初是由一些博物学家提出来的，如布丰、拉马克、居维叶、圣提雷尔等都分别提出了含有进化论思想的学说。法国生物学家拉马克在1809年出版《动物哲学》一书，批判了当时流行的独创论和物种不变论，用“用进废退”和“获得性遗传”论述了他的进化学说。英国生物学家达尔文从1831年开始观察和收集动植物和地质学方面的资料，1859年出版《物种起源》一书，标志着生物进化论的诞生。达尔文的著作用大量事实和严密论证说明生物物种不是被造物主分别创造出来的，而是由简单的物种发展演化而来的，给生命世界引入了发展变化的思想，使人们不再把动物和植物之间、动物和人之间的区别看做是神圣的和绝对的。这种思想在当时的欧洲乃至世界引起了巨大反响。
19世纪下半叶生物学方面还有微生物和遗传学的重要进展。法国生物学家巴斯德把自己的研究工作和国民的生产生活结合起来，在解决葡萄酒存放变质问题时建立了“发酵理论”，并提出“巴氏消毒法”；在研究蚕病过程中提出“细菌致病说”；在关于牛羊炭疽病和狂犬病的研究中建立了免疫学理论，使微生物学作为一门科学建立起来。这一时期，奥地利神父孟德尔通过“豌豆实验”所建立的遗传定律虽然没有引起当时学界的重视，但却为20世纪系统的遗传理论的建立，特别是分子生物学的诞生奠定了重要基础。
能量转化与守恒定律即热力学第一定律的发现，揭示了热能、机械能、电能、化学能等各种运动形式和能量之间的统一性，使物理学达到空前的综合和统一，这是牛顿建立力学体系以来物理学的最大成就。能量转化与守恒定律是在19世纪30—40年代，先后在四个国家，由六七种不同职业的十几位科学家，从各自不同的侧面独立地发现的，这其中作出主要贡献的是德国的迈尔、赫尔姆霍茨，英国的焦耳、格罗夫，丹麦的柯尔丁等人。
对于电磁学发展贡献最大的是法拉第，他于1831年发现电磁感应现象，并提出“力线”和“场”的概念进行解释，认为空间是布满磁力线的“场”。这是牛顿以后物理学基本概念最重要的发展。1864年，麦克斯韦发表了一篇在电磁学理论上具有划时代意义的论文，用一组偏微分方程来概括全部电磁现象，完成了物理学史上又一次伟大的理论综合。麦克斯韦理论预言了电磁波的存在，揭示出光、电、磁现象的本质统一性。1888年赫兹用实验证实了电磁波的存在，确立起麦克斯韦电磁理论的科学地位。
19世纪除了生命科学和物理学的辉煌成就外，在化学上还有原子论、元素周期律，地质学上还有地质演变理论，等等。19世纪初，英国化学家道尔顿建立了科学的原子学说，对当时已有的化学领域的经验定律作了很好解释。其后，为了解决盖吕萨克定律的理论解释困难，意大利化学家阿佛加德罗建立了分子论，在1860年德国召开的首届世界化学家会议上，原子分子学说得到普遍承认。1869年，俄国化学家门捷列夫在同时代化学家对元素性质和原子量关系研究的基础上，确立了元素周期律，完成了化学领域中的一次新综合，使化学从经验性的研究进入到理论化阶段。1830年，英国地质学家赖尔《地质学原理》一书出版，提出了地壳发展均变论和“将古论今”现实主义方法，带来了近代地质学迅速发展。
