Je nach wissenschaftstheoretischer Position wird der Begriff "Theorie" verschieden expliziert. Im Allgemeinen entwirft eine Theorie ein Bild (Modell) der Realität. In der Regel bezieht sie sich dabei auf einen spezifischen Ausschnitt der Realität. Eine Theorie enthält in der Regel deskriptive ("beschreibende") und kausale ("erklärende") Aussagen über diesen Teil der Realität. Auf dieser Grundlage werden Prognosen produziert und Handlungsempfehlungen abgeleitet. Theorien sind meist mit dem Anspruch verknüpft, sie durch Beobachtungen (z.B. mittels Experimenten oder anderer Beobachtungsmethoden) prüfen zu können.
Derartige Beobachtungen sind unterschiedlich interpretierbar. Im einfachsten Verständnis liefert eine Beobachtung direkt die Wahrheit oder Falschheit der Theorie (verifiziert oder falsifiziert die Theorie). Verschiedene Probleme haben dazu geführt, dass in den letzten Jahrzehnten kompliziertere Begriffe von Theorien und des Aussagewerts von Beobachtungen entwickelt wurden. Diese Diskussionen betreffen besonders die Präzisierung eines Begriffs der Bestätigung und hängen eng zusammen mit Problemen der Induktion, Kausalität und Wahrscheinlichkeit.
Nicht empirisch widerlegbare Aussagen, zum Beispiel eine Tautologie oder Definition, werden i.a. alleine nicht als Theorien bezeichnet. Prinzipiell überpüfbare (bestätigbare oder widerlegbare) Annahmen, die noch nicht empirisch "entschieden" sind, bezeichnet man als Hypothesen. Theorien, deren empirische Prüfung nach heutigem Wissenstand absehbarerweise nicht möglich ist, aber potentiell möglich wäre, bezeichnet man oft als spekulativ und ordnet sie den Parawissenschaften zu. Theorien, die etwas über den Lauf der Welt sagen, ohne eine Beobachtung anzubieten, die sie bestätigt oder gegebenenfalls widerlegt – also keinerlei Aussagen ihrer Entscheidbarkeit beinhalten – sind im Allgemeinen nicht Teil der Wissenschaft. Sie können dann entweder den Pseudowissenschaften, oder beispielsweise der Religion (oder aber der Esoterik) zugeordnet werden.
Viele wissenschaftstheoretische Grundbegriffe und weitergehende Fragen grundsätzlicher Art, die Theorien der Realität im Allgemeinen betreffen, werden in Teilbereichen der philosophischen Disziplinen Metaphysik und Erkenntnistheorie diskutiert.
Minimalforderungen an theoretische Modelle sind im Allgemeinen, dass sie den Vorschriften der Logik und Grammatik entsprechen und intern widerspruchsfrei sind. Ob eine Theorie aber auf die Welt "passt" muss sich empirisch erweisen. Intern richtige und auch empirisch bestätigbare Theorien sollten darüberhinaus praktischen Nutzen haben (Praktikabilität) und nicht unnötig kompliziert sein (Eleganzprinzip).
Weitere wichtige Forderungen an Theorien sind zum Beispiel die Möglichkeit, Axiome für eine Theorie angeben zu können, sowie die "Ausdruckskraft" einer Theorie: Ist es möglich, die Theorie durch endlich/abzählbar viele Axiome zu beschreiben, so heißt sie endlich/abzählbar axiomatisierbar. Eine Theorie heißt (negations-)vollständig genau dann, wenn jeder Satz ihrer zugrundeliegenden Sprache oder seine Negation Elemente der Theorie sind.
In der Logik bezeichnet "Theorie" im einfachsten Fall eine deduktiv abgeschlossene Formelmenge. Gängig ist auch folgende streng formale, mathematisch-logische Definition des Theoriebegriffs: Eine Menge T von Aussagen in einer Sprache heißt genau dann Theorie, wenn T erfüllbar ist und wenn jeder Satz, der aus T folgt, bereits zu T gehört. Einfacher ausgedrückt: Sie muss überhaupt wahr sein können und zudem in sich abgeschlossen und widerspruchsfrei sein.