La caduta dell'impero romano e la diffusione del cristianesimo nel mondo occidentale determinarono un nuovo indirizzo nella ricerca filosofica.
Il pensiero medioevale, coltivato essenzialmente da uomini di Chiesa, si occupò infatti soprattutto di problemi religiosi, mentre tutto ciò che non è spirituale, ma fa parte dell'esperienza esterna dell'uomo passò in secondo ordine; soltanto in un secondo tempo, con l'evolversi delle città, della cultura, con la rinascita economica , la riscoperta di Aristotele ed i contatti con il mondo arabo si ricominciò a sentire la necessità di studiare la natura.
Nell'evoluzione del pensiero scientifico medioevale possono distinguersi quattro diverse fasi, caratterizzate dall'opera di filosofi che tentarono di dare risposte al problema della conoscenza del mondo che ci circonda, i quali elaborarono ipotesi per spiegarne le leggi.
Nella prima fase, che arriva fino all'età carolingia, la cultura era depositata nelle scuole istituite presso i monasteri: queste scuole servivano alla formazione religiosa dei monaci e dei prelati, ma a partire da esse Carlo Magno  avviò una rinascita culturale.
Per completare la sua opera di cristianizzazione e di civilizzazione Carlo Magno diede grande impulso alla cultura ordinando di istituire scuole per tutti  che insegnassero canto, solfeggio, calcolo ecclesiastico e grammatica; lo scopo era soprattutto religioso, ma venivano impartiti anche insegnamenti diversi.
La scienza, in questo periodo, non veniva coltivata  in se stessa, ma rientrava nel filone del pensiero cristiano   che tentava di spiegare e conciliare fede e rivelazione.
Il maggior filosofo dell'epoca fu Giovanni Scoto: egli interpretò la natura e il mondo come espressioni della volontà divina.Dio crea il mondo nello spazio ed è al tempo stesso il fine cui tende tutto il creato.  
La seconda fase, tra il IX e il XII secolo, vide un risveglio della cultura, le riforme monastiche e il rinnovamento politico della Chiesa. Dopo l’anno 1000,  con l’accresciuto potere delle città  e dei vescovi, si formarono grandi scuole presso le cattedrali, che presto divennero punti di riferimento culturale, elaborando pensieri originali. A queste scuole,  che sfociarono successivamente nelle Università, convenivano studenti da ogni parte. Filosofia e teologia erano sempre le discipline più importanti, alle quali si aggiungevano altre, quali la grammatica, la retorica,la dialettica (c.d. trivio) ed anche l’aritmetica, la geometria, l’astronomia e la musica.
Grande importanza assunse in questo periodo la scuola di Chartres, fra i cui esponenti va ricordato Federico di Chartres, per la sua interpretazione meccanicistica della creazione.Dio avrebbe creato i quattro elementi (aria, acqua ,terra e fuoco) disponendoli in sfere concentriche: la sfera di fuoco roteando illumina l’aria e provoca la distinzione tra giorno e notte; successivamente, fa vaporizzare l’acqua  separandola dalla terra, sulla quale il suo calore crea la vita e origina la comparsa dell’uomo a immagine e somiglianza di Dio. La materia sarebbe composta di particelle elementari eseguirebbe leggi meccaniche.
Altro rilevante esponente di questo periodo fu Abelardo:questi si rifece a Platone, secondo il quale il mondo rispecchia il mondo delle idee. Egli affermò che Dio era la causa universale di tutti gli effetti, ma sostenne anche che solo la ragione  può conoscere distintamente tutte le cose.
Anche Ugo di San Vittore si occupò di scienza, definendo la matematica e la fisica come scienze astratte, affermando anche che la materia non si può né distruggere né creare.
La terza fase si colloca nel XIII secolo: essa è caratterizzata dal risvegliarsi dell’interesse per     filosofia naturale e per il diffondersi dell’aristotelismo. Quest’ultimo fu dapprima osteggiato dalla Chiesa, ma fu in seguito recuperato dalle teorie di S Agostino.Risale a questo periodo la fondazione delle Università che, ricollegandosi alle corporazioni  medioevali delle arti e dei mestieri, riunirono i maestri ed i discepoli di un determinato studio (giurisprudenza,medicina, teologia,filosofia,ecc.). La tecnica di insegnamento si basava sulla lectio, lettura e commento di un autore, seguito dalla questio, cioè la discussione di un problema. Importante era tuttavia anche la disputatio , che verteva su argomenti programmati a scadenze programmate e verteva su un argomento scelto dal maestro.Tutti i partecipanti proponevano soluzioni che poi il maestro accettava o rifiutava a seconda che coincidessero o no con la sua visione.
In questo clima emersero filosofi in parte precursori del metodo scientifico, i quali sostennero l’importanza dell’osservazione sperimentale e la differenza tra ciò che può essere verificato  e ciò che si crede per fede.
Bonaventura sostenne che la conoscenza viene dai sensi, pur riconoscendo che senza la ragione, che viene direttamente da Dio, l’anima non potrebbe usarla.
San Tommaso fu soprattutto un teologo, ma si interessò  del problema scientifico commentando Aristotele.Egli sostenne che la conoscenza permette di astrarre il particolare dall’universale, ma non fornisce una soluzione razionale o dimostrativa della creazione. Nell’universo vi sono esseri eterni (gli angeli) ed esseri soggetti alla generazione e corruzione (quelli composti dai quattro elementi); in mezzo vi sono i corpi celesti.
Ruggero Bacone sostenne l’importanza dell’esperienza; l’autorità genera la fede,ma persuade solo se è giustificata dalla ragione.
Teodorico di Freiberg studiò l’ottica: fu il primo  a spiegare che l’arcobaleno è causato dalla rifrazione della luce.
Anche il polacco Witelo  studiò l’ottica facendola coincidere con la fisica stessa poiché riteneva che la luce è lo strumento usato da Dio per esercitare la sua azione sul mondo.
Importante è il pensiero di Duns Scoto (1266-74/1308) perché distinse tra scienza e fede. La scienza può occuparsi solo di quello che può essere dimostrato, la teologia non è scienza perché non si basa su principi naturali evidenti. Dato che l’intelletto è limitato, non può dimostrare la verità assoluta e perciò la nostra conoscenza è solo fisica.
L’ultima fase, il trecento cominciò con una posizione molto teocratica da parte di papa Bonifacio VIII a cui corrispose una profonda crisi della Chiesa.
Importante pensatore di questo secolo è Guglielmo di Occam, inglese, che anticipò in alcuni punti il pensiero galileiano    
Seguace di Occam fu il francese Giovanni Buridano che nella fisica elaborò la teoria dell’impetus che anticipa i moderni concetti di energia cinetica e potenziale.
Infine ricordiamo Nicola di Oresme, che si occupò della caduta dei gravi.
Possiamo perciò concludere che in questi scienziati del 1300 ci sono le premesse della scienza moderna enunciata poi da Copernico,Galilei e Cartesio.