В отличие от простых, повседневных наблюдений, которые большей частью случайны и неорганизованны, научные наблюдения имеют целенаправленный характер. Предпринимая исследование, каждый ученый ставит перед собой вполне определенную цель: подтвердить или опровергнуть интересующее его предположение, гипотезу или теорию. Таким образом, ученый не просто регистрирует любые факты, а сознательно отбирает те из них, которые могут либо подтвердить, либо опровергнуть его предположение или гипотезу. Наблюдения в науке имеют также систематический и упорядоченный характер. Одного или нескольких случаев наблюдений явления обычно бывает явно недостаточно, чтобы на этом основании судить о подтверждении или опровержении гипотезы.
Многие наблюдения в науке требуют, как правило, определенной интерпретации их результатов. Это требование касается в первую очередь тех явлений и процессов, которые невозможно наблюдать ни непосредственно, ни с помощью простейших вспомогательных средств наблюдения. Например, движение микрочастицы в камере Вильсона мы наблюдаем с помощью того трека, или следа, который образуется при прохождении заряженной микрочастицы через ионизированный пар. Во всех аналогичных случаях мы судим о ненаблюдаемых явлениях лишь косвенно, поскольку наблюдаем не сами явления, а результаты их взаимодействия с теми или иными макроприборами и установками. Чтобы правильно судить о результатах подобных косвенных наблюдений приходится обращаться к определенной теории, с помощью которой осуществляется интерпретация таких результатов.
Взаимосвязь и взаимодействие научных наблюдений с теоретическими представлениями дает возможность не только целенаправленно искать новые факты, но и правильно их истолковывать, а тем самым отделять существенные факты от несущественных. Вот почему в науке редко бывает, чтобы важные открытия делались неспециалистами, хотя бы потому, что случай, как указывал Луи Пастер, может научить чему-то только подготовленный ум.
Несмотря на то что научные наблюдения, как и обыденные, основываются в принципе на чувственном восприятии предметов и явлений, в науке они лучше организованы, систематизированы, а самое главное — направляются и контролируются теорией. Повседневные же наблюдения имеют разрозненный, случайный характер и опираются на узкий эмпирический опыт и те знания, которые приобретаются в ходе этого опыта.
В научных наблюдениях широко используются также специальные средства и устройства (микроскопы, телескопы, фотокамеры, кино и теле аппараты и т. д.), которые служат для того, чтобы компенсировать природную ограниченность органов чувств человека, повысить точность и объективность результатов наблюдения.
