在意大利有很多自然哲学家虽然并没有完全摆脱诸如炼丹术和占星术等旧迷信的束缚，但具有真正的科学精神。杰罗姆·卡丹或吉罗拉莫·卡尔达诺（1501年~1576年）是一个著名的医生、数学家和科学家，他试图以自然方式解释所有事物。他认为有三种元素而非四种：土、气和水，或并非实体，而是由运动所产生的热的属性或性质。世界有一个与光和热同一的灵魂。

贝纳迪诺·特勒肖（1508年~1588年，著有《物性论》）试图通过使自然科学摆脱亚里士多德和古代人的束缚，从而改革自然科学。虽然他的哲学远远超越了文艺复兴时期其他的自然体系，但并没有摆脱希腊的影响。其中，前苏格拉底的“自然哲学家”和斯多葛派形而上学的影响是很明显的。特勒肖认为物质由上帝创造，并且在数量上恒常不变，他将物质和力及其他两种相反的元素冷和热作为解释自然的基质。热引起了物质的延展和稀释，并且是所有生命和运动的来源。冷引起收缩和凝聚，是全部固定和静止的原因。宇宙的存在和变化是由这两种基质的恒常对立造成的。特勒肖甚至用机械和物质的方式来解释灵魂，认为灵魂是由精细的质料构成的，位于大脑但通过神经而扩散到整个身体。灵魂作为基质将有机体的各个部分结合在一起。除了物质性的灵魂外，还有由上帝附加的不朽的灵魂。在其伦理学中，特勒肖宣扬自我保存是人类努力追求的唯一目标。

特勒肖是那不勒斯自然科学团体特勒肖学园的创始人。弗兰西斯·帕特里奇（1529年~1597年）将新柏拉图主义和特勒肖的原理结合起来。

对外在自然的兴趣在中世纪时已经开始异常频繁地彰显，而且有着十分奇异的方式，人们的这一兴趣在以列奥纳多·达·芬奇（1452年~1519年）、哥白尼（1473年~1543年）、伽利略（1564年~1641年）、开普勒（1571年~1630年）、牛顿（1642年~1727年）为主要代表的科学运动中达到了顶峰。这些思想家完全去除了神秘和巫术的元素，试图以一种完全自然的方式解释自然想象。旧的亚里士多德主义的解释原则—形式或本质作用于质料促使后者实现形式的目标或者目的—被抛弃，取而代之的是机械的解释：所有的自然现象都是由物体按照固定的法则运动引起的。科学家通过数学揭示了行星运动的秘密：开普勒发现了行星运动的轨道，结果占星术变成了天文学。罗伯特·波义耳尽管是一名炼金术士，但他将原子理论引入化学，并终结了炼金术。在19世纪的达尔文理论中，这整个反神学的思想路线达到了巅峰，达尔文的理论试图以因果和机械方式解释有机形式，而不求助于外在于有机体的任何形式的生命力或目的。

伽利略完全熟悉德谟克利特的理论，他认为德谟克利特在哲学上的才华要超过亚里士多德。伽利略将所有变化均视为与物体的部分有关；在严格意义上，既没有起源也没有衰落，万物都是原子运动的结果。可感觉的性质是主观的，并建立在数量关系的基础上，数量可以解释所有的性质。因此，处理数量关系的数学就是最高级的科学：“宇宙之书是用数学符号写成的。”凡是能够度量的，我们就能够认识，而不能加以度量的，就不能认识。构成力学研究基础的这些法则由列奥纳多、开普勒和伽利略发现并用公式明确表达。他们的工作证实了哥白尼的或以太阳为中心的天文学理论，按照这一理论，地球不再被认为是宇宙不动的中心，而是和所有行星一样围绕着中心的太阳旋转。虽然教会最初欢迎哥白尼的学说，后来又因为“对天主教真理有害”而加以谴责，并在1616年将其列为被禁止的学说。伽利略在1633年被迫放弃哥白尼的理论，并受宗教裁判所监视，直至1641年去世。艾萨克·牛顿爵士于1692年发现了万有引力定律，哥白尼学说得到了进一步证实：开普勒所阐述的行星运动定律被证明是万有引力定律和其他物理力学的推论。

伽利略在科学问题上拒绝权威和神秘思辨，主张所有的一般命题都应当建立在观察和实验的基础上。但是他认为，实验应当辅之以知性。我们将事实纳入法则中，对偶然状况进行抽象，从事实中归纳出它们简单、必然的原因。这些都是思维过程。理想的研究方法是运用观察、实验和思维。

皮埃尔·伽桑狄（1592年~1655年）复兴了伊壁鸠鲁和卢克莱修的理论，反对笛卡尔的微粒说。同时，他用神学观点补充了自己的力学理论，将上帝作为运动的发起者。梅森神父（1588年~1648年）和罗伯特·波义耳（1627年~1691年）试图调和伽桑狄的原子论和笛卡尔的微粒说。波义耳将原子论引入化学，但是仅仅将其当作一种方法的工具，而不是作为宇宙的哲学理论。世界的存在表明，一位有智慧的创造者和设计者，他发起了运动。牛顿也持有类似的神学观点。