Натурфилософия представляла собой древнюю философию природы, понимаемую как целостную систему самых общих законов развития естествознания. Натурфилософия появилась в античный период и стала попыткой найти причины и закономерности природных явлений.
В круг интересов натурфилософов попадали вопросы строения и свойств вещества, учение о пространстве и времени, обоснование законов природы, проблемы космологии.
Своё распространение натурфилософия получила в Древней Греции, а также в Древнем Востоке.
В Средние века натурфилософия также получила своё развитие прежде всего благодаря схоластике, которая осуществляла попытки сочетать богословие с античным научным знанием. Главным источником знаний по натурфилософии и светским наукам в Европе V—XI веков были сочинения древнеримских популяризаторов — Плиния, Марциана Капеллы, Макробия, Халкидия.
Переломным моментом, ставшим переходом от натурфилософии к естествознанию, наступил в двенадцатом столетии. Этому во многом способствовал перевод античной философии, а также различных древних арабских источников на латынь.
Например, итальянец Герардо Кремонский (ок. 1114—1187) перевел с арабского на латынь более 70 книг по математике, астрономии, оптике, философии, медицине, в том числе натурфилософские труды Аристотеля.
Третья научная революция, наряду с процессами диалектизации естествознания, примечательна ещё и тем, что в это время естествознание переходит от натурфилософских представлений.
Первой из натурфилософских концепций, которая подверглась пересмотру, была теория флогистона. В конце 17-18 века исследователи применяли вымышленное вещество флогистон для обоснования процессов горения. Флогистон представлял собой некую субстанцию, принимавшуюся за «начало горючести».
В соответствии с теорией флогистона, вещества, содержащие много флогистона, могут интенсивно гореть, а тела, в которых флогистон содержится в малых количествах, горят с трудом. Данное натурфилософское представление господствовало более ста лет.
Опровергнута теория флогистона была в конце 18 столетия в ходе экспериментальной работы А.Л. Лавуазье, который 1774 году установил, что в процессе горения принимает участие атмосферный воздух.
Натурфилософские представления о теплороде были опровергнуты много позднее. Понятие теплорода в натурфилософии сыграло главную роль в теории теплоты. Теплород представлял собой тепловую жидкость, обеспечивающую теплопередачу при перетекании от одного тела к другому. Представление о теплоте как об особой субстанции было общепризнанным.
М.В. Ломоносов подверг критике концепцию теплорода, обосновав кинетическую теорию теплоты. Согласно его убеждениям, теплота является формой движения корпускул, материальных частиц. Причиной образования тепла является их постоянное вращательное движение. Тем не менее кинетическая гипотеза Ломоносова в данный период не получила популярность, а представления о теплороде существовали ещё почти сто лет.
Закон сохранения энергии был открыт только в 19 столетии, и только с этим событием теорию теплорода признали несостоятельной, и естествознание перешло к кинетической концепции теплоты.
Открытие закона сохранения и превращения энергии послужило опровержением ещё одного натурфилософского учения – витализма, которое представляло собой учение о жизненной силе организма. Согласно виталистическим представлениям, в живых организмах существует некая жизненная сила, под действием которой они существуют.
Протекание всех физиологических процессов также объяснялось существованием неизведанной силы. Данное представление было опровергнуто Р. Майером, которому удалось доказать, что организмы подчиняются естественным физико-химическим законам, например, закону сохранения и превращения энергии.
Научные разработки в сфере электромагнетизма в 19 столетии смогли опровергнуть такие понятия натурфилософии, как электрическая и магнитная жидкости. Впервые к заключению об отсутствии в природе данных жидкостей пришёл А. Ампер.
Натурфилософские представления о мировом эфире смогли просуществовать гораздо дольше остальных представлений данного направления. Понятие эфира присутствовало даже в учении М. В. Ломоносова. Теория эфира признавалась всеми учёными в 19 столетии.
Эфир по мнению исследователей представлял собой некую гипотетическую среду, которая заполняет всё мировое пространство. Волновая теория света способствовала утверждению данного представления.
Существование эфира также соответствовало механическим представлениям об окружающей среде, которые были традиционными в данный временной период развития естественных наук. Дж. Максвелл указывал на возможность определения движения Земли относительно эфира посредством высокочувствительных приборова, создание которых он возможным не представлял.
В 1881 году А.А. Майкельсону удалось провести подобные эксперименты с помощью данного прибора. При этом относительное движение обнаружено им не было. Подобные эксперименты Майкельсон осуществлял много раз, применяя при этом всё более точное оборудование. Тем не менее обнаружить эфир ему всё равно не удалось, и никакие предположения о существовании эфира не были подтверждены экспериментально. Попытки открытия свойств эфира приводили к противоречиям. И только тогда исследователи пришли к заключению о том, что представления об эфире оказались ложными.
Отказ от концепции мирового эфира стал завершающим этапом существования эпохи натурфилософии, представления которой на протяжении длительного периода времени казались учёным истинными и занимали приоритетное положение в естественных науках. Натурфилософия заменяла неизвестные связи явлений фантастическими связями, а недостающие факты дополняла вымыслами. При этом данное направление предоставило науке многочисленные ценные открытия, хотя ошибочных среди них было значительное количество.