Początkowo filozofia przyrody zajmowała się wszystkimi zagadnieniami współczesnej nauki, rozpatrywanymi jednak najczęściej metodami filozoficznymi. Filozofia, rozumiana jako umiłowanie mądrości, wiązała się z dążeniem do zrozumienia funkcjonowania wszechświata. Miała ona wtedy jednak charakter spekulatywny i brakowało w niej rozwiniętej metodologii badań i rygoryzmu obserwacji. Stopniowo jednak empiryczne badanie rzeczywistości materialnej wyodrębniało się z głównego nurtu badań filozoficznych. W XVII w. nastąpiło rozdzielenie filozofii i nauki.
Problem podstawowej struktury fizycznej rzeczywistości był głównym przedmiotem zainteresowania przedsokratejskich filozofów starożytnej Grecji. Filozofowie ci podjęli pierwsze niemitologiczne, racjonalne próby wyjaśnienia natury (physis), kładąc podwaliny pod filozofię i naukę europejską. Problemy i idee postawione przez przedsokratejskich filozofów przyrody były inspiracją i istotnym punktem odniesienia dla badaczy przyrody aż do powstania nowożytnej nauki. Były jednak wyjątki: np. w III wieku p.n.e. Archimedes podał wiele poprawnych ilościowych opisów z zakresu mechaniki i hydrostatyki.