تُعرّف النظرية العلمية (بالإنجليزية: Scientific theory) بأنّها بنية التفكير المنتظم الذي يتصوّره الخيال البشري ضمن نطاق واسع، وتشمل مجموعة من القوانين التجريبية التي من شأنها تنظيم الأشياء والأحداث التي تمّت ملاحظتها وافتراضها، إذ تشرح النظرية العلمية هذه القوانين بطريقة عقلانية وعلمية، ويستخدم العلماء البيانات، والملاحظات، والتجارب الدقيقة، والنظريات التفسيرية المنهجية في تفسير الأحداث، والتعبير عن العلاقات المستمرّة بين الأشياء، والكشف عن النظام في سلوكها، وبالتالي تقديم خطّة منهجية أو نظرية علمية لبيان كيفية حدوثها.

تُعرّف النظرية العلمية أيضاً بأنّها شرح شامل لخاصية مهمّة في الطبيعة، ومُدعّمة بالحقائق التي جُمِعَت على مرّ الزمان، وقد عرّفت الرابطة الأمريكية للعلوم المتقدّمة (AAAS) النظرية العلمية من منظور العلماء بأنّها شرح مثبت بالأدلة لأحد جوانب العالم الطبيعي، ومبني على حقائق أُكِّدت باستمرار من خلال إجراء التجارب، والمراقبة، وتسجيل الملاحظات، ولا يُمكن اعتبار النظرية العملية فرضية أو تخمين. خصائص النظرية العلمية تتميّز النظرية العلمية بعدّة خصائص، هي:

الاعتماد على اختبارات علمية دقيقة تُعاد مراراً وتكراراً لإظهار النتائج نفسها. التنبّؤ بما سيحدث في العالم الطبيعي وشرحه. التوافق مع العلوم الأخرى. الاختصار، واستخدام أبسط الطرق لشرح سبب حدوث شيء ما. الشمول، فهي تقدّم تفسيرات وشروحات لظواهر متعدّدة، وقابلة للتطبيق على نطاق واسع، دون قائمة من الاستثناءات أو الحالات الخاصّة. الارتباط العميق بفرع آخر من المعرفة. العلاقة بين النظرية العلمية والخبرة الحسية إنّ النظرية العلمية في مفهومها المعاصر تجعلنا نبتعد عن الرأي الكلاسيكي الذي يقوم على أساس أنّ النظرية العلمية ترتبط بالخبرة الحسية، فقد كان المفهوم السائد للنظرية التقليدية والكلاسيكية يرى أنّ فهم النظريات العلمية يرتبط بشكل وثيق بالخبرة الحسية عن طريق ما يُسمّى بالاتّجاه الاستقرائي والاتّجاه الاستنباطي، إذ يبدأ الاتّجاه الاستقرائي من الخبرة الحسّية والتجربة وصولاً إلى النظريات، أمّا الاتّجاه الاستنباطي، فيبدأ من النظريات العلمية وصولاً إلى الخبرة الحسّية والتجربة بغرض اختبار النظريات عن طريق اشتقاقاتها. على الرغم من المفهوم التقليدي للنظرية العلمية التي تبيّن أنّ المفاهيم النظرية من خلق الإبداع الحرّ، وتصاغ بواسطة العقل، إلّا أنّها تتطابق مع الخبرة الحسية بشكل أو بآخر، وقد أظهر الفلاسفة دور الخبرة الحسية في صياغة النظرية العلمية عن طريق وضع فروض من النظريات، وإجراء اختبارات عليها بالاستعانة بالخبرة والتجربة، كما أكّدوا العلاقة بين النظرية العلمية والخبرة الحسية من خلال الطريقة الاستنباطية التي تقوم بشكل أساسي على الخيال العلمي والإبداع الحر في بناء النظرية. أنتجت التطوّرات التي حدثت في الربع الأخير من القرن العشرين الميلادي تصوّرات ثورية في فلسفة العلم، إذ أظهرت إمكانية تصوّر النظرية العلمية دون خبرة حسية، وقد ذهب الفلاسفة بالقول إلى أنّ العلماء خلال الثورات العلمية يشاهدون أشياء جديدة ومختلفة حين ينظرون بواسطة نفس الآلات المألوفة ومن نفس الأماكن التي نظروا عبرها سابقاً، ويعود السبب في ذلك إلى تغيير النموذج القياسي، إذ أرادوا الوصول إلى نتيجة مفادها أنّ العلماء بعد ثورة العلم يستجيبون لعالم مختلف عن عالم ما قبل الثورة، وبالتالي لا مجال للخبرة الحسية في العلم