Trước đây, con người dựa vào niềm tin để giải thích những gì thấy được xảy ra trong thế giới xung quanh mà không có kiểm chứng hay thực nghiệm để chứng minh tính vững chắc của những quan niệm, tư tưởng, học thuyết mà họ đưa ra. Ngoài ra, con người cũng không sử dụng phương pháp khoa học để có câu trả lời cho câu hỏi. Thí dụ ở thời đại của Aristotle (thế kỷ IV trước công nguyên), con người (kể cả một số nhà khoa học) tin rằng: các sinh vật đang sống có thể tự xuất hiện, các vật thể trơ (không có sự sống) có thể biến đổi thành vật thể hay sinh vật sống, và cho rằng con trùn, bọ, ếch nhái,… xuất hiện từ bùn lầy, bụi đất khi ngập lũ xảy ra.
Ngày nay, các nhà khoa học không ngừng quan sát, theo dõi sự vật, hiện tượng, qui luật của sự vận động, mối quan hệ, … trong thế giới xung quanh và dựa vào kiến thức, kinh nghiệm hay các nghiên cứu có trước để khám phá, tìm ra kiến thức mới, giải thích các qui luật vận động, mối quan hệ giữa các sự vật một cách khoa học. Bản chất của quan sát là cảm giác được cảm nhận nhờ giác quan như thị giác, thính giác, xúc giác, khướu giác và vị giác. Các giác quan nầy giúp cho nhà nghiên cứu phát hiện hay tìm ra “vấn đề” NCKH. Khi quan sát phải khách quan, không được chủ quan, vì quan sát chủ quan thường dựa trên các ý kiến cá nhân và niềm tin thì không thuộc lĩnh vực khoa học.
Tóm lại, quan sát hiện tượng, sự vật là quá trình mà ý nghĩ hay suy nghĩ phát sinh trước cho bước đầu làm NCKH. Việc quan sát kết hợp với kiến thức có trước của nhà nghiên cứu là cơ sở cho việc hình thành câu hỏi và đặt ra giả thuyết để nghiên cứu.
