雅典并不象爱奥尼亚群岛和意大利南部那些希腊城邦发展得那样早，不过它的文化却显得比较稳定和持久。那些爱奥尼亚城邦在公元前530年都被波斯征服了。几年后，米利都城完全摧毁。爱奥尼亚人的衰落使雅典间接得到好处，因为这样一来黑海沿岸和希腊殖民地的贸易就落在雅典的手中了。在政治上，雅典领导各城邦和波斯人进行的斗争，于公元前490年马拉松战役中在陆上击败波斯军队，十年后又在海上击败了波斯人。雅典的手工业发达起来了，特别是从梭伦（Solon，约公元前639－559）执政时期起，根据普路塔克（Plutarch）的记载，梭伦颁布：除非父亲教给儿子学会一项生意，儿子就不需要奉养父亲。在这个时期，据说曾经出现过许多发明家；诸如斯基泰人安纳查昔司（Anarcharsis），就曾发明了风箱，并改进了铁锚和制陶的轮子；萨摩斯人特奥多鲁斯（Theodorus）发明了杠杆、三角板、车床、量尺和钥匙。当时的希腊语“Sophia”一词也仍旧用来指工艺技术，而不是指智慧。
在战胜波斯人之后，雅典进入了一个繁荣昌盛的伟大时期。伯里克利把米利都最后的一个哲学家阿那克西米尼的学生阿那克萨哥拉（Anaxagoras，公元前488－428）带到雅典，以丰富城邦的文化生活。阿那克萨哥拉是一个典型的爱奥尼亚哲学家，主张地球是一个圆柱体，而不是如毕达哥拉斯派所认为的圆球。他还遵循自己学派的说法，声称他相信天体和地球的性质大体上是同样的，而不是如毕达哥拉斯派所说的那样神圣。泰勒斯曾经设想磁石有灵魂，因为磁石能移动铁块；阿那克萨哥拉也发挥了这种见解，把一切运动都归之于心灵或灵魂的作用。
他认为太阳是一块烧得又红又热的石头，比希腊大不了多少。月亮和行星也和地球一样，月亮上面也有山和居民。他是第一个设想月光是日光的反射的人，也是第一个用月影盖着地球和地影盖着月亮的见解来说明日食和月食的人。由于他否认天体是神圣的，阿那克萨哥拉被控亵渎神圣，亏得伯里克利的调解才得活命。
阿那克萨哥拉设想月亮上有山，表明他很仔细地观测了天象。到了他的晚年，雅典的天文观测就由默冬来进行；他在公元前432年的奥林匹克运动会上宣布发现人们所说的默冬章，即太阴周。这个周期是十九年，其太阴月是一个整数，所以这个周期可以很方便地用来调整历法。当时美索不达米亚的居民已经知道这种周期，并作为他们标准的历法周期，但是并没有为希腊人所采用。
雅典的社会到了默冬时期已经发达起来，并且逼使手工业和哲学传统分家。约在梭伦采取提倡手工业措施的二百年后，色诺芬尼（Xenophanes）写道：“人们称做的工艺在社会上被看成是一种耻辱，因此在我们的城邦里当然受到鄙视。”不但工艺如此，连运用工艺作为类比的老派自然哲学也被人瞧不起了。根据色诺芬尼的记载，他的老师苏格拉底（Socrates，公元前470－399）认为“天文学浪费时间”。苏格拉底在世的那些年头，雅典走上了坏运，公元前431－404年的伯罗奔尼撒战争的结果，斯巴达人战胜了雅典人。所以在苏格拉底看来，哲学家的主要任务是治理人和社会，而不是理解和控制自然。他排斥自然哲学，他自己关心的主要只是属于伦理和政治性的问题。
苏格拉底的工作由他的学生柏拉图（Plato，公元前427－347）继承下来，可是柏拉图的头脑不像他的老师那样简单。柏拉图认为任何一种哲学要能具有普遍性，必须包括一个关于自然和宇宙的学说在内。这样一种学说可以从属于伦理学、政治学和神学，而且如果立说得当，还可以增加上述这些学科的说服力。柏拉图因此发展一种适合并从属于他的政治见解和神学见解的自然哲学。普路塔克告诉我们，柏拉图使“自然规律服从神圣原理的权威”，从而使天文学的研究不沾染上无神论。
毕达哥拉斯派认为天体是神圣的和高贵的，他的运动是完全均匀的和圆周式的；柏拉图也发展了这种见解。他说：“所有我们希腊人都讲了关于那些伟大的神，太阳和月亮的种种谎言……我们说它们和其他各种星体并不走同样的轨道，并且称它们为行星或者浪游者。”相反地，他坚持说：“它们每一个都在同样的轨道上运行──不是在许多种轨道上，即在圆周上运行，那些变化都只是表面的。”柏拉图因此给他的门徒提出一个任务，去找出可以说明天体表面运动的那些特殊的圆周运动。这样做时，柏拉图并不想鼓励人们去观察天象；相反地，他只企图使天文学成为数学的一个部门。他写道：“天文学和几何学一样，可以靠提出问题和解决问题来研究，而不去管天上的星界。”可是他的门徒却从观测天象中寻找资料来进行计算。
柏拉图和希腊、巴比伦、埃及那些他的前辈一样，认为宇宙开头是没有区别的一片混沌。这片混沌的开辟不是象爱奥尼亚哲学家所想象的那样，是一个机械的过程，而是一个超自然的神的活动的结果。柏拉图的神不同于青铜时代的神的地方是，他并不通过有机生殖使宇宙安排就绪，也不是靠命令式的咒语，而是通过一个理性方案来实现。依照柏拉图的说法，宇宙由混沌变得秩序井然，其最重要的特征就是创造主为世界制定了一个理性方案；关于这个方案付诸实施的机械过程，柏拉图则不去管它，或者毋宁说，把它看成一种想当然的自然事件。这种见解贯串着柏拉图的整个因果关。事情之所以发生，主要是因为有一个智慧的神为宇宙制定了理性目的和方案。自然的内在活动，即事件中由因到果的力的流动是无关紧要的，只在它遏制了理性目的实现时才需要加以考虑。这样一种对因果关系的看法，说明这时工匠传统和哲学传统之间已隔开很远了。在哲学家的眼中，日常生活的行动主要依靠的是他制定的理性目的和方案；关于这些方案怎样被工匠付诸实施，哲学是不清楚的，而且看来对最后的结果并无影响。可是哲学家的方案并不总会开花结果。世界有它本身的自主活动，有时候遏制了人类的打算。自然界这种明显的残酷无情，柏拉图称之为“必然性”。这不是原子论者说的必然性，那种必然性的活动是碰巧的和任意的，没有秩序的，没有计划。柏拉图对“必然性”的看法和希腊人的“命运”观非常近似，是一种和微弱的人类目的和意图敌对的超人意志和目的。这表现了希腊人对其所生息的世界只能进行一定限度的控制。希罗多德（Herodotus）说过：“在所有使人类感到的痛苦中，最伤心的就是我们会意识到许多事情，但一点也不能控制它们”，这句话很好地表达了这种思想。
柏拉图的宇宙观基本上是一种数学的宇宙观。他设想宇宙开头有两种直角三角形，一种是正方形的一半，另一种是等边三角形的一半。从这些三角形就合理地产生出四种正立体，这就组成四种元素的微粒。火微粒是四面体，气微粒是八面体，水微粒是是二十四面体，土微粒是立方体。第五种正立体是由正五面体形成的十二面体，这是组成天上物质的第五种元素，叫做精英。整个宇宙是一个圆球，因为圆球是对称和完善的，球面上的任何一点都是一样。宇宙也是活的，有一个灵魂充溢全部空间，而且由于它是活的，所以在运动着。宇宙的运动是一种环行运动，因为圆周运动是最完善的，不需要手或脚来推动。四大元素中每一种元素在宇宙内的数量是这样的：火对气的比例等于气对水的比例和水对土的比例。万物都可以用一个数目来定名，这个数目就是表现它们所含元素的比例。
在所有的动物中，人最先出现，因为头是灵魂的器官，而且非常接近球形。人体的其他部分好象是为了防止头本身动来动去，这些部分也含有一个低级的灵魂管制人的情欲。别的动物都是人的退化，是人的灵魂投入低等身体的形状。男子在世时作恶，“转世时就该投生为女子”，而“四足动物则是对哲学一窍不通的人变的”。柏拉图揶揄爱奥尼亚哲学家说：“鸟是无害但是低能的人变的，这些人留心天上的事情，但由于脑筋简单，认为这些事情的最可靠的证据就是眼睛。”阿那克西曼德曾经设想人是鱼变的，柏拉图对他特别痛斥，说“第四种动物住在水里，这些是最没脑子的人变的”。这些话都是随便写的，但却表现了柏拉图的思想方式。根据同样精神，柏拉图假定有一个恶的世界精神，这个魔鬼代表的就是他的最大敌手原子论者的见解。
柏拉图哲学的影响非常之大，不过他的那些重要继承者并没有怎样发展他的见解，反而表现了一些分歧。便是他自己创办的学园里的学生，其中较著名的有克尼底斯人欧多克斯（Eudoxus，公元前409－356 ）要从几何角度解释天体的运动，也就逼得要进行天体观测，而这种做法是柏拉图所痛恨的。欧多克斯是第一个把定量天文学和宇宙假说联系起来的人，这就使得天外观测在测定宇宙方位上起了一定作用。到了欧多克斯时期，巴比伦人已经发展了一种把天上的复杂周期现象分解为若干简单周期运动的方法。欧多克斯或者已经听说到这种方法，或者自己发展了这种方法，而且把这种方法从算术形式改变为几何形式。他给每一种简单的周期运动指定一个圆周，或者一个球形的壳层，以地球为中心，把这些球层合并起来就能相当合理地描述某一特定天体的复杂周期运动。每一个球层说明一种特殊的运动──一个球层描述天界的表面周日运动，另一些球层描述每月、每年或其他周期运转，还有一些别的球层描述另外一些周期现象。所有的球层都是同心的，以地球为圆心，而较低的球层转动轴则安置在更外面的球层的表面上。欧多克斯根据这个方式用二十七个球层解释了天体的运动，一个球层解释恒星的运动，太阳和月亮的运动各用三个球层解释，五个已知行星的运动各用四个球层解释。当观测资料积累得愈来愈多，而新的周期运动又被发现以后，这个体系就不得不加以扩大。欧多克斯的学生卡立普斯（Callipus，约公元前325年）给每一个天体加上一个额外的球层，使总数成为三十四个，而亚里士多德进一步又增加了二十二个。可是同心球层的体系从一开头就招致了某些困难。它要求天体应当永远和地球保持同一距离，而人们早已知道金星和火星这样的行星看上去的亮度是时常变化的，这就意味着这些行星和地球有时靠近些，有时离开较远。再者，人们观察到日食有时候全食，有时候环食，这说明太阳和月亮离地球的距离也在变动。正如天文学家索西尼斯（Sosigenes，约公元前45年）指出的：“欧多克斯一派的球层不能解释天象。不但不能解释在他们之后发现的现象，也不能解释在他们以前人们已经知道并被他们认为是真实的现象。”
欧多克斯体系的成就所以有限，是由于它有个先入之见，认为天体以均速环绕在以地球为中心的圆周上运动。彭都斯人赫拉克利德（Heraclides，约公元前388－315）曾企图克服欧多克斯体系的一些困难。人们观察到水星和金星这两个行星从来没有离开太阳多远，因此赫拉克利德就设想这些行星沿圆周轨道环绕太阳，以此来说明这些行星的表面亮度变化。他还采纳了两个毕达哥拉斯派希克图斯和艾克方杜斯的见解，说地球每日在轴上自转以解释恒星天界的表观上的周日运转。赫拉克利德还进一步设想宇宙是无限的，每一恒星本身是一个世界，它也包括一个地球和其他星体在内。可是赫拉克利德的学说很少有人支持，柏拉图和亚里士多德的门徒都采纳欧多克斯的体系。
亚里士多德（Aristotle，公元前384－322）的著作按照顺序排列，就可以看出他的哲学和柏拉图的哲学，在内容和方法上，越到后来分歧得越厉害。亚里士多德早期关于天界性质的著作，在方法上是思辨性的，在内容上属于欧多克斯体系，而他后期的生物学著作则是比较密切地根据观察，而且含有不少的新资料。在天文学方面，亚里士多德创立了运行的天体是物质实体的学说，而不仅仅是欧多克斯所设想的几何结构。每一层天球层把它的运动直接传给下面的一层天球层，因此载有恒星的最外层天球层，通过在本身轴上的周日运转，使所有的球层和球层上所载的天体都随着它作周日运转。为了使一个天体所特有的运动不致传给直接处在它下面的天体，亚里士多德在载有行星的每一组球层之间插进若干“不转动的球层”。这些不转动的球层具有同样的运转轴，同样的速度，并且和推动处于它们之上行星运动的球层数目相等，但是以相反的方向运动；这样它们就抵消了上面那个行星所特有的一切运动，只把周日运动传给下面行星。在数学上，亚里士多德的体系和卡立普斯的体系相同，那二十二个“不转动的球层”在几何学上是多余的。
照亚里士多德的说法，最外层的恒星球层是由处在宇宙边缘的原动天或者不动的推动者推动的；原动天或不动的推动者统率着一切天球和整个宇宙。亚里士多德好象还设想每一个其他的天球也都有一个较次的不动推动者，执掌这个天球的特殊运动。推动者是有灵性的，推动者和天体的关系类似灵魂和身体的关系。行星的推动者和原动天的作用相反，所以诸行星有其和周日运动相反的由西向东运动。最外面的一个行星土星，在抵抗原动天的推动上感到最大困难，因此运转周期也最长，而最里面的星体月亮的运转周期则最短。这样一来，亚里士多德和柏拉图一样，按照天体的表面转动周期的长短来安排它们离开地球的序列，即月亮、太阳、金星、水星、火星、木星和土星。
亚里士多德设想天体和地球有迥然不同的材料组成。一切处在月层下面的东西都是由四种地上元素土、水、气、火组成的。天体是由第五种而且更纯洁的元素“精英”组成的。天体是不朽和永恒的，它们的运动也是如此，因此是均速和圆周式的。地球上有生与朽，因此地上的运动是直线运动，和地球上一切现象一样有其开始和终结。天体永远固定在它们指定的球层上，但是地上的物体则不然，它们总是不断地力图回到原位。土元素和水元素具有引力，总要趋向宇宙的中心。气元素和火元素具有轻的性质，使它们总要上升到高空中的原来位置。火和气是一种更高贵的元素，因此它的天然地位也要高些。同样，气比水高贵，水比土高贵。所有天体都比地上物体高贵，而且它们距宇宙中心愈远就愈加完善。月亮是最不完善的，这可以从它的斑驳表面看出来，而恒星天和原动天则是完善的，因为“包络的并属于极限的东西比完成了的东西更加优越”。
在物理学方面，亚里士多德认为各物体只有在一个不断作用着的推动者直接接触下，才能够保持运动。如果推动者停下来，或者和物体失去接触，物体就会立刻停止。这种推动者或在物体内部，如自动的生物那样；或在物体外面，如物体受外力推动或者拉引的那样。均匀的物体只能靠外来的推动而动，因为主动的物体都必然是合成体，包括推动者和被推动者在内。由于这个缘故，一块石头从石炮里射出来，从来不是自动的。石头离开石炮时，空气为了防止形成真空，就从石头后面灌进来，以维持石头的运动。根据亚里士多德的说法，“真空”是不能存在的，因为空间必须装满物质。这样才能通过直接接触来传递物理作用。所以原子论者设想世界基本上由真空和原子组成，这就是错误的；空间必须是一个物质的连续体。关于合成的自动实体，他认为推动者比推动的物体尊贵而且具有灵性。亚里士多德指出：“任何合成物里面总有一个统治的和主动的因素”。这种见解和柏拉图的思想有联系，因为柏拉图认为“自然规定身体的职能是服从和受奴役，灵魂的职能是命令和作主。”一个均匀物体的动作就象车辆的动作一样，车辆离开牛或者牛停止拉车，车辆就停止了。一个自动体的各部分的关系，就象灵魂和身体的关系，又象当时雅典社会中哲学家和工匠之间的关系；哲学家的理性方案看来就是驱使工匠活动的动力。
亚里士多德和柏拉图一样，认为理性方案和目的是一切自然过程的指导原理。可是亚里士多德对因果性的看法比柏拉图的具有较丰富的内容，因为亚里士多德也接受古希腊早期对这个问题所表示的一些见解。亚里士多德指出，因主要有四种。第一种是质料因，即形成物体的主要物质。第二种是形式因，即主要物质被赋予的设计、图案和形状。第三种是动力因，即为实现这类设计而提供的机构和作用。第四种是目的因，即设计物体所要达到的目的。制陶者的陶土为陶器提供其质料因，而陶器的设计样式则是它的形式因；制陶者的轮子和双手是动力因，而陶器打算派的用处则是它的目的因。亚里士多德本人着重研究的是物体的形式因和目的因，他相信形式因蕴藏在一切自然物体和作用之内。开头这些形式因是潜伏着的，但是物体或者生物一旦有了发展，这些形式因就显露出来了。最后，物体或者生物达到完成阶段，其制成品就被用来实现原来设计的目的，或为目的因服务。
亚里士多德的这些见解，在他的生物著作里表现得最全面。他把五百四十种 动物按照它们形状的等次分门别类，而且他一定曾经解剖过至少有五十种不同种类的动物来研究它们的生理构造，这在亚里士多德看来，就是表现了这些动物的形式因或设计目的。亚里士多德注意到有些动物的构造之间存在着某些联系，例如他说：“没有一个动物同时具有长牙和角的”，“我从来没有看见过一个单蹄兽长有两只角的”。他设想自然从来不做无意的事，因此野兽不需要兼有角和长牙来保护自己。亚里士多德观察到，反刍动物有一种多重胃，但是牙齿很不行，“由于自然一贯地从这一部分拿掉后，就会在另一部分加以补偿”，所以他设想反刍动物所以有一个复杂的胃就是为了补救它们不行的牙齿。
亚里士多德还考察了小鸡和其他动物在胚胎成长期中形态的发展，一个动物初生的成熟程度是他的分类法的一个重要标准。在这方面，亚里士多德指出，鲸鱼是胎生的，这使它近似哺乳动物，而不象产卵的鱼类。他在这方面还提出了别的很好的联系，例如他说：“长毛的四足动物胎生，有鳞的四足动物卵生。”在亚里士多德看来，雄雌在生育上各有不同的贡献，雌的提供实质，即质料因，雄的提供形态，即形式因。他说雄的是木匠，雌的是木材。
亚里士多德认为各种生物形成一个连续的序次，从植物一直到人逐渐变得完善起来。完善的程度主要分十一级，以胚胎的标准为别。最高级动物是热和潮湿的动物，都是胎生。另外一些潮湿的动物但不是热的，产生在雌性中发展起来的卵，如鲨鱼就是一种。热而干的动物，如鸟类，生产“完全的”卵，而冷和带土气的动物，如蛙，则产生“不完全的”卵。亚里士多德就是以这种方式把生物分为等级，根据它们初生时成熟程度的表现，“按它们所感染的潜在性多寡而分高下”。这一级的最高动物和上一级的最低动物是直接衔接着的，所以“它们的连续性使它们的界限不易辨别”。
亚里士多德指出，一个生物的完善性从它的结构形式可以识别出来，但不是由这个形式决定的，因为一个有机体的结构是由它们的习惯和机能支配的。植物只能生长和繁殖，结构就比动物简单，而且变化较少；动物则不但生长和繁殖，而且到处走动并有感觉能力。根据亚里士多德的说法，一个有机体的习惯和机能，并由此连同它的结构和完善程度，都是由它的灵魂或多种灵魂的性质支配的。植物只有一个生殖的灵魂，担任生长和繁殖的任务，而动物则另外还有一个有感觉的灵魂，支配它的主动性和感觉能力。人不但具有生殖的灵魂和感觉的灵魂，还有一个理性的灵魂，理性灵魂的所在地是心，而不是以前哲学家设想的脑子。
亚里士多德在希腊科学史上标志着一个转折点，因为他是最后提出一个整个世界体系的人，而且是第一个从事广泛经验考察的人。以前的哲学家都是在脆弱的经验基础上建立他们的广泛理论体系；这个趋向，亚里士多德在他早期的天文学著作中也曾遵循过。他的后期动物学著作则包括有大量的观察资料，而他的后继者所发展的也是这种趋向。亚里士多德曾经和柏拉图的学园相对立，建立他的吕克昂学园，这个学园后来就由他的学生狄奥弗拉斯图（Theophrastus，公元前372－287）继续主持。狄奥弗拉斯图继续他老师的生物学研究工作，对多种植物进行描述和分类。他给许多植物取的名称在近代植物学里仍旧保存着，包括他创立的一些专用名词，如Carpos指果实，Pericarpion指果壳。狄奥弗拉斯图觉察到高级植物的繁殖属于雌雄交配性质，但是这一知识在古代的后期失传了。
狄奥弗拉斯图反对在自然界中寻找目的因，主张科学关心的只是动力因。他建议科学家应当用工艺中所见到的那些过程说明自然现象，规定“我们必须一般地参考手工艺的方式来进行研究，并在自然过程和人工过程之间寻找类似之处”。狄奥弗拉斯图就是这样把闪电现象比作敲击石头发出的火花，并且设想太阳在破晓和薄暮时出现的红色，其原因和绿色木材燃烧时发出红色火焰和烟的原因差不多。
狄奥弗拉斯图之后，蓝普沙克斯人斯特拉图（Strato）从公元前287年到269年继续主持学园。斯特拉图不止观察自然，还对自然进行实验。他把一根木材在加热前后都称过，发现烧出来的木炭和原来木头一样大小，但是轻了。斯特拉图因此设想有物质离开了木材，留下许多小孔。在另一项实验中，他证明部分抽空的容器会吸进水分，这个现象他认为是水填满空气微粒之间空隙的结果。斯特拉图认为物体一般都由微粒形成，中间存在空隙。他论证说，如果中间没有空隙，光就不能透过水和空气，热也不会由一个物体传给另一个物体。
据说斯特拉图是亚里士多德《气象学》第四卷的作者，这本书是亚历山大里亚时期炼金术派以前的唯一研究化学问题的希腊著作。《气象学》内载有一切矿物源于地球内部蒸发出两种气体的学说。一种是烟气，具有热和干燥性质；另一种是蒸气或水气，既冷又湿。两种气体相互作用就产生各种各样的矿物，不能熔化的岩石、红色的颜料、含有较多烟气的硫和含有较多水气的金属。
斯特拉图之后，雅典的科学就很少有什么重要的成就。希腊的科学的主要中心转移到别处去了，主要是亚历山大里亚。萨摩斯人伊壁鸠鲁（Epicurus，公元前342－270）在雅典重新恢复了原子论，但是他主要是利用这个学说和宗教作斗争。月亮是自己发光还是反射太阳光的问题，他认为并不重要，主要的是强调月亮是和地球一样性质，而不是神圣的。和伊壁鸠鲁相反，斯多噶派特别是芝诺（Zeno，约公元前336－264）和阿苏斯人克利安西（Cleanthes，公元前300－225）则强调天体神圣说，认为天体控制地上人类的命运。斯多噶派采纳了人是整个宇宙缩影的见解，并设想世界不论大小都由一个绝对力量统治着。宇宙的统治力量是太阳，而不是亚里士多德派所认为的原动天，因为太阳是大宇宙的器官，等于心脏是小宇宙（即人）的统治力量一样。这样一种导源于古代美索不达米亚专制主义的见解，在希腊新兴帝国时期和后来的罗马帝国时期，是有相当吸引力的。
[英]梅森
