盡管每一位科學家都會對即將來臨的革命有所意識，但是，並沒有什麼明顯的普遍跡象可以告訴科學領域中甚至最為敏銳的觀察家，下一場革命將在哪裏發生、將采取什麼樣的形式，即使最有才華的科學家也無法精確地預見他們自己將會引起什麼樣的革命。20世紀50年代有一本《科學家談21世紀》的書，書中有對21世紀的各種預言，但現在回過頭來看。科學家所預言的事件大部分都未出現，許多沒有想到的問題或順便提到的卻成為21世紀科學發展的主流。在科學中之所以無法準確地預見革命將在哪裏發生或它將由什麼構成，一個原因就是，不同的科學彼此都可謂是“藝術”。在一個領域中某項不可預見的革命性革新，也許會為某個別的領域提供手段，從而導致該領域取得驚人的進展。這是因為，某一科學領域中的革命性進展。往往依賴於其他科學領域中的革命，這種不可預見性是快速地按指數增加的。
17世紀發生了牛頓的自然科學革命。兩千多年前，亞裏士多德認為“物體自由落體的速度和物體的重量成正比”的力學範式被伽利略的試驗引入危機階段。但經典力學革命是牛頓完成的。牛頓的萬有引力定律表明，宇宙的物質在引力作用下不可能處於穩定的狀態，由此開創了全新的力學範式，是科學空前的革命。牛頓理論的預言得到了精確得難以相信的證實。當牛頓預言的天王星對軌道的微小偏離被人們發現時，正是從這些偏離中，亞當斯（Adarns）和勒威耶（Leverrier）借助於牛頓的理論計算了一顆新的未知行星的位置，隨即被伽勒（Galle）發現。而且，牛頓的理論不僅解釋了天體的運行，而且解釋了地球的力學、地球表麵物體的運動。牛頓經典力學範式是絕對時空框架，對自然作數學描述的基礎的時間和空聞結構是簡單而前後一致的，並且十分密切地符合於日常生活中所用的時間和空間概念。事實上這種符合是如此密切，以至牛頓的定義可以認為是這些日常概念的準確的數學形式化，事件按照時問排成序列而與它們空間中的位置無關，這似乎是十分明顯的。
在牛頓經典力學範式出現危機後（如黑洞輻射），愛因斯坦完成了又一場科學革命，建立了新的物理學範式。愛因斯坦於1915年提出了廣義相對論，引進了一種革命性的觀念，即引力不僅僅是在一個固定的時空背景裏作用的力。相反地，引力是由在時空中物質和能量引起的時空畸變。例如，光要沿著直線旅行，但是太陽附近的時空曲率使得從遙遠恒星來的光線在通過太陽附近時被彎折。在通常情況下，人們不能在天空中看到幾乎和太陽同一方向的恒星。然而在日食時，太陽的大部分光線被月亮遮擋了，人們就能觀測到從那些恒星來的光線。一支英國的探險隊觀測了1919年的日食，並且證實了廣義相對論的預言：時空不是平坦的，它被在其中的物質和能量所彎曲。這次驗證是在一次日食時進行的天文觀測中完成的，這一事件立即使相對論風靡全世界，而愛因斯坦也一夜之間成了家喻戶曉的人物。美國《時代周刊》1999年末把愛因斯坦評為20世紀“風雲人物”，可謂恰如其分。
科學革命是對世界看法的改變。相對論擺脫了牛頓範式的絕對時間，已經深深地改變了我們對時間空問結構的觀點。在相對論中並沒有一個惟一的絕對時間，相反地，每個人都有他自己的時間測度，這依賴於他在何處並如何運動。考慮一對雙生子。如果有一個孩子在以近於光速運動的空間飛船中作長途旅行，時間差別就會大得多。當他回來時，他會比留在地球上的另一個孩子年輕得多。這就是物理學界被稱為“雙生子的佯謬”。
20世紀，量子力學把概率引人自然的內在機製，使決定論被概率論所取代，這也是一場科學革命。按照海森堡的不確定原理，不可能同時確定電子的位置和動量。要確定電子的位置，必須照亮電子；但這意味著光量子擊中電子，由此引起電子動量的變化。因此，位置確定得越是精確，動量則越是不能精確地確定，反之亦然。由此得出以下的結論：第一，嚴格的決定論在微觀物理學領域是不可能成立的，因為測不準關係給所有測量所必需的同時確定設置了不可克服的限製；第二，根據海森堡關係，就物理學微觀事件而言，測量儀器原則上不能與被測量的實體分開。這樣，在微觀物理學中出現了整體原理。這場革命表明可靠的知識是不可能的。