今天，我們往往會理所當然地認為，科學及其與之相隨的技術，是通過一系列的革命性飛躍而進步的，這些飛躍亦即巨大的躍進，使得我們對自然界的看法煥然一新了。那麼，就對科學進展的描述而言，革命是否已經成為一種總能夠盛行不衰、並且總能夠令人滿意的描述方式了呢？那些富有創新精神的科學思想家們，例如開普勒、伽利略、哈維等人，是否確信他們本人的工作（從我們今天使用革命這個詞的意義上講）是革命的呢？與達爾文、弗洛伊德、愛因斯坦同時代的人是否認為這些科學家的理論都引起一場革命了呢？也許，他們不喜歡把科學進步看作是那麼富有戲劇性的？社會的和政治的變革，例如法國大革命和馬克思主義的興起等，對於科學家、哲學家以及歷史學家們對科學革命的思考會產生什麼樣的影響呢？由於這些人的著眼點全都放在了過去那些偉大的科學革命上，因而令人驚訝的是，幾乎沒有什麼學者談到過這類問題——而這些問題，作為科學變革的一個特徵，是與革命這一觀念的歷史演變密切相關的。我對這些問題充滿了好奇之心，正是這種好奇心促使我撰寫了本書。
本書的主要內容，就是論述17－20世紀科學革命這一概念的編年史和這一概念前後相繼的變化情況；我從這四個時期的每一個當中挑選出了一些主要的革命事例進行說明。我之所以選擇這些革命的事例，或者是因為它們本身固有的歷史重要性（例如哥白尼革命、牛頓革命、達爾文革命以及愛因斯坦革命等事例那樣），或者是因為，它們與闡明或例證我所說的所有科學革命的主要特點有關聯。
我並非只是以我自己的個人評價，甚至也不僅僅是憑藉與合格的歷史學家保持一致，去斷定哪些歷史時期構成了科學上的革命時期；我是以歷史證據作為依據的，我既要依靠歷史事件的參與者和同時代的目睹者們的判斷，也要對延續下來的傳統加以考慮。例如，以下這些均為歷史事實：在18世紀初，豐特奈爾明確地指出，微積分的發明是數學中的一場革命；1773年拉瓦錫宣布，他的研究綱領將導致一場革命；1859年，查理·達爾文為賴爾的地質學革命而歡呼，並且預言，如果人們接受他本人的思想，那將引起一場"相當可觀的自然史革命。"同時代的文獻表明，拉瓦錫和達爾文的徹底改革以及相對論和量子論，很快就被公認為是場革命。此外，今天幾乎所有的科學家和科學史家們對過去都有這樣一種一致的看法，即所謂革命就是對科學思想進行一些重大的重新組合。當然，這種意見的一致並未使這些事件成為革命；我們將在第3章看到，那些追加的檢驗可用來幫助我們確定，什麼可以看作是革命，什麼則不行；我們還可以（在第2章中）看到，革命思想發展過程中那些截然不同的階段，就是科學革命是否確實發生了的象徵。除了這些問題之外，人們對於全面的歷史記錄不可能存在什麼爭論：它表明，在現代科學開始進入成年時起至今的大約300年間，科學發展中的那些重大事件在思想上和實踐中都被看作是革命。本書的主要任務，就是對那些事件、對把它們視為革命的那些說明加以描述和分析。
科學革命的定義問題
給"革命"下定義這個問題，困擾著幾乎每一個有關政治革命和社會革命的討論，在有關科學革命的文獻中也滲透著這個問題。我並不想在本書中展示一種嚴格的"革命"定義或"科學革命"定義，儘管我討論了所有科學革命都具有的一些特徵，例如，它們發展所經歷的幾個階段、可作為證據來驗證它們是否發生過的檢驗標準以及革命性變革產生時思想觀念的轉變等。雖然，對於我在本書中視作革命並加以論述的例子，人們也許不會有什麼不同的意見，至少在所有相信確實存在著科學革命的那些學者們當中是如此，但是，對於如何精確定義所有這些革命共有的特點，大概就沒有一致的看法了。有關革命由什麼構成以及革命如何定義的討論儘管與歷史有關，但它畢竟是哲學問題。我知道我自己不是一個哲學家，而作為一位史學家我總是小心謹慎控制住自己，不去喋喋不休地妄加評論。在彼得·布賴恩·梅達沃和瓊·梅達沃所著的《亞里土多德到動物園：哲學家的生物學詞典》中，有一段關於定義的討論（198，66）很有啟發性：
在那些規範的語境中，定義是無比重要的，例如在數理邏輯中，定義就是用一種符號代替另外一種或另外幾種符號的規則，但在日常生活中，在諸如生物學這樣的科學中，強調定義的重要性就是言過其實了。事實決非是：如果全部專門術語未曾作過精確的定義，那就談不上進行論述了；真若如此，也就不會有生物學了。精密科學如數學、理論力學、理論物理學以及天文學和部分化學領域，都有著源遠流長的傳統，而定義在傳統中已經變得至關重要了。在這一點上，生命科學與它們不同。不過，倘若並非所有的科學都需要精確的定義，那麼無疑也就沒有理由去堅持，科學史必須像是科學的一個組成部分而不是別的。
有據可查的資料表明，"revolution"這個詞最初是作為一個精密科學的專門術語流行於世的，長期以來，它在這個領域中曾經有過（而且現在仍然有著）一種與"突然的戲劇性變化"截然不同的含義。Revolution這個詞的意思是重複（如一年四季那樣的循環運動），或者漲落（例如潮汐的運動）。因而在科學中，revolution意指所有永恆的變化，無休無止的重複，以及可作為完全重新開始的起點的終點。這就是我們會想到的"行星在它們的軌道上運轉"這類短語的含義。無論如何，"科學的革命"或"科學中的革命"這類措詞，卻不具有這種連續性或持久性的含義；相反，它所指的是，連續性的打破，已經可以承前啟後的新秩序的確立，舊的、為人熟知的事物與新的不同尋常的事物之間的分水嶺等。歷史學家的任務就是查明一個含義為持續性和重複發生的純科學術語，在何時和怎樣轉變成了一個表示政治和社會經濟事物中的劇烈變化的詞語，進而去發現，這個異化了的概念以何種方式反過來又被用於科學自身。這組轉變決非只是一種術語用法上的變更。它表明，在我們對人和社會活動的分析中，在我們心目中的科學家和科學活動的形象之中，已經發生了一種深刻的變化。
從18世紀到我們這個時代，許多科學家都在其著述中把他們自己的創造看作是革命，但是哥白尼和牛頓卻沒有這樣做。牛頓及其前輩們之所以沒有承認自己的事業是革命性的，其部分原因在於，他們的工作是在"革命"這個詞普遍應用於科學領域之前完成的。不過，還有更深一層的理由；在現代科學最初100年左右的時間裡，許多偉大的富有創造性的科學家們，更願意把他們自己看作是古代知識的復興者或重新發現者（與他們同時代的人甚至也這樣看），他們甚至認為自己是改善和擴展知識的革新者，但不認為他們自己是我們今天通常所說的那種革命者。
18世紀初，在豐特奈爾認識到數學中已經發生了一場革命後不久，牛頓的《原理》就被看作是構成了物理學中的一場革命，又過了沒多久，羅伯特·西默宣布，他已經發動了一場電學革命。這些事件發生時，政治意義上的革命還有著一種溫和寬厚的內涵。以後，法國大革命走向了極端，進入了恐怖時代，以至於"革命"變成了一個與其說是表述飛速發展的詞，莫如說是一個令人毛骨悚然的詞。曾因參與法國大革命而受到政治迫害並於1794年移居美國的約瑟夫·普里斯特利，為我們說明了18世紀末人們對革命的態度是怎樣發生變化的。在給與羅伯特·富爾頓共同研製汽船的政治家、發明家R.利文斯頓的一封信中，普里斯特利對他的這件收信人"在紙的製造方面最有價值的發現"表示祝賀（斯科菲爾德1966，300）。"如果您能成功地把紙漂白，"普里斯特利寫道，"您將在整個造紙業中引起一場革命。"此信寫於1799年，普里斯特利沒有忘記當時人們對革命的普遍反感，所以他馬上加了一個注釋表示歉意，他說，利文斯頓的創新決不能"在此時此刻被稱之為革命。雖然它很值得稱讚，但這樣說只能使它名譽掃地。但是不管怎樣，這種說法對我來講還不是不可接受的。"
19世紀《共產黨宣言》的發表，1848年的革命，以及第一國際的成立及其世界革命的計畫等，使得那種認為急劇的變革是與暴力活動聯繫在一起的思想又死灰復燃了。由於革命的負作用在生活於19世紀50年代的大部人的心中造成了不良影響，因而，英國和愛爾蘭的科學家如達爾文和漢密爾頓等把他們各自對科學的重視稱之為舊的溫和意義上的革命（彷彿新的政治上的迫切要求對科學變化的形象沒有什麼影響似的），也就不足為怪了。在歐洲大陸，科學家的反應卻截然不同。
在20世紀，俄國革命這一充滿了戲劇性的事件，以及可能即將來臨的世界共產主義的幽靈，使有些人，其中有些是科學家，有些不是科學家，被例如愛因斯坦的相對論這樣的所謂激進