Стремительная модернизация Европы в XVI–XVII веках была бы невозможной без множества открытий и изобретений, сделанных в ту эпоху. Исследователи говорят порой о «революции в естествознании» XVI–XVII столетий. Ее смысл усматривают в открытии макро- и микромира. В 1543 году почти одновременно вышли в свет два трактата: «De revolutionis orbium coelestium» («Об обращении небесных сфер») и «De humani corporis fabrica» («О строении человеческого тела»). Автором первого трактата был Николай Коперник (1473–1543 годы); он впервые описал вращение Земли вокруг оси и движение ее вокруг Солнца вместе с множеством других планет, составляющих Солнечную систему. Польский астроном, создатель гелиоцентрической системы мира, Николай Коперник совершил переворот в естествознании, отказавшись от принятого в течение многих веков учения о центральном положении Земли. Объяснил видимые движения небесных светил вращением Земли вокруг оси и обращением планет (в том числе Земли) вокруг Солнца. Свое учение Коперник изложил в сочинении «Об обращениях небесных сфер», запрещенном католической церковью с 1616 по 1828 год. Автором второго трактата был Андреас Везалий (1514–1564 годы); он дал наиболее полное описание функционирования органов человеческого тела. В своем основном труде «О строении человеческого тела» Везалий дал научное описание строения всех органов и систем человеческого тела, указал на многие ошибки своих предшественников, в том числе Галена. Андреас Везалий преследовался церковью, погиб при кораблекрушении.
Около 1600 года в Нидерландах, в мастерской по шлифовке линз, были сделаны безымянными мастерами телескоп для наблюдения за бесконечно удаленными макротелами и микроскоп, позволявший увидеть невидимые обычным глазом микротела. Первые астрономические наблюдения при помощи телескопов(оптического рефрактора) проведены в 1609 году Галилео Галилеем (1564–1642). Пользуясь телескопом, Иоганн Кеплер (1571–1630) доказал эллиптический характер орбиты Марса. Галилео Галилей с помощью того же прибора открыл моря и горы на Луне, установил фазы движения Венеры, туманности вокруг Сатурна, обнаружил три спутника Юпитера и пятна на Солнце.
Мигель Сервет (1509–1553), испанский врач и гуманист, в середине XVI века открыл малый круг кровообращения. А Уильям Гарвей (1578–1657), английский анатом и физиолог, дал описание малого (легочного) и большого кругов кровообращения. Он установил, что количество крови в организме постоянно, что она приводится в движение сокращениями сердца и циркулирует по замкнутой системе кровеносных сосудов; за полчаса сердце проталкивает столько крови, сколько весит тело. Позднее Марчелло Мальпиги (1628–1694) при помощи микроскопа, дававшего увеличение до 180 раз, смог описать функционирование капилляров. Он изучал с помощью микроскопа также анатомию растений, описал их клеточное строение, открыл трахеи, установил наличие восходящего и нисходящего токов веществ, высказал догадку о роли листьев в питании растений. Мальпиги описал лимфатические тельца селезенки, почечные клубочки, выделительные органы паукообразных, многоножек и насекомых, ростковый слой кожи (все эти образования названы его именем), а также кровяные тельца, альвеолы легких, вкусовые сосочки языка. Английский естествоиспытатель Роберт Гук (1635–1703) и нидерландский натуралист Ян Сваммендарм (1637–1680) подвергли изучению насекомых, бактерии, сперматозоиды, инфузории, открыв мир бесконечно малого.