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Die methodische Art und Weise, wie Theorien zustandekommen, wie also der Zuwachs an Wissen stattfindet, ist umstritten. In der Fortentwicklung von Theorien wird gelegentlich zwischen Induktion, Deduktion und Abduktion unterschieden:

Bei der Theorienbildung durch Induktion geht man davon aus, dass der Wissenschaftler im empirischen Prozess Datenmaterial erarbeitet, in dem schließlich innere Strukturen und Gesetzmäßigkeiten sichtbar werden. Weitere positiv verlaufende Experimente sollen die Theorie bestätigen und sind die Bausteine einer Verifikation (Beweisführung), die letztlich in naturgesetzlicher Sicherheit (Widerspruchsfreiheit) münden soll.

Bei der Theorienbildung durch Deduktion geht man davon aus, dass der Wissenschaftler durch kreative Akte sinnvolle Hypothesen erzeugt, deren Übereinstimmung mit dem Datenmaterial er anschließend überprüft. Weitere Experimente müssen mit dem ernsthaften Ziel der Falsifikation (Widerlegung) unternommen werden. Nur in dem Ausmaß wie sich Theorien bewähren (der Falsifikation entziehen), kann relative Sicherheit gewonnen werden.

Die Abduktion schließt von einem vorliegenden Resultat und einer möglichen oder spontan gebildeten Regel auf einen Fall. Um ein überraschendes Phänomen erklärbar zu machen, wird eine Regel hypothetisch eingeführt, damit das Resultat als sinnvoller Fall dieser Regel betrachtet werden kann. Abduktiv gewonnene Erkenntnisse können richtig sein, müssen es aber nicht.

In der Praxis der Wissenschaft mischen sich induktive und deduktive Elemente ohne Probleme, so dass diese Frage mehr eine wissenschaftstheoretische und weltanschauliche Bedeutung besitzt.

Bietet die Wissenschaft mit ihren Theorien einen Weg zu absoluter Wahrheit oder zu einer schrittweise stattfindenden Annäherung an die Wahrheit (der man sich jedoch nie ganz gewiss sein kann) oder ist Wahrheit nicht Teil der Wissenschaften oder gibt es keine Wahrheit an sich? Die zweite, auf Karl Popper zurückgehende Position wird derzeit von der Mehrheit der Naturwissenschaftler bevorzugt, die erste gilt – aufgrund prinzipieller Erkenntnisse über Beobachtbarkeit – als überholt.

In der Umgangssprache wird der Begriff meist im Sinne von "nur eine Theorie" verstanden und bezieht sich dann lediglich auf besonders unsichere Erkenntnisse. Dies hat nicht viel mit der wissenschaftlichen Definition von Theorie zu tun und führt häufig zu Missverständnissen. Beispielsweise bedeutet der Begriff "Relativitätstheorie" nicht, dass die Erkenntnisse nicht gesichert seien. Selbstverständlich ist sie prinzipiell falsifizierbar, könnte also nicht zutreffen, aber das Teilwort "-theorie" kennzeichnet sie einzig als "in sich schlüssig" und grenzt sie von der Newton'schen Theorie – der klassischen Mechanik – ab.