Познание начинается с наблюдения. Наблюдение есть чувственное отражение предметов и явлений внешнего мира. Наблюдение — это целенаправленное изучение предметов, опирающееся в основном на такие чувственные способности человека, как ощущение, восприятие, представление. Это — исходный метод эмпирического познания, позволяющий получить некоторую первичную информацию об объектах окружающей действительности.
Научное наблюдение характеризуется рядом особенностей. Во-первых целенаправленностью ведь наблюдение должно вестись для решения поставленной задачи исследования, а внимание наблюдателя фиксироваться только на явлениях, связанных с этой задачей. Во-вторых планомерностью, поскольку наблюдение должно проводиться строго по плану. В-третьих активностью - исследователь должен активно искать, выделять нужные ему моменты в наблюдаемом явлении, привлекая для этого свои знания и опыт.
При наблюдении отсутствует деятельность, направленная на преобразование, изменение объектов познания. Это обусловливается рядом обстоятельств: недоступностью этих объектов для практического воздействия (например, наблюдение удаленных космических объектов), нежелательностью, исходя из целей исследования, вмешательства в наблюдаемый процесс (фенологические, психологические и др. наблюдения), отсутствием технических, энергетических, финансовых и иных возможностей постановки экспериментальных исследований объектов познания.
Научные наблюдения всегда сопровождаются описанием объекта познания. С помощью описания чувственная информация переводится на язык понятий, знаков, схем, рисунков, графиков и цифр, принимая тем самым форму, удобную для дальнейшей рациональной обработки. Важно, чтобы понятия, используемые для описания, всегда имели четкий и однозначный смысл. При развитии науки и изменении ее основ преобразуются средства описания, часто создается новая система понятий.
По способу проведения наблюдения могут быть непосредственными и опосредованными. При непосредственных наблюдениях те или иные свойства, стороны объекта отражаются, воспринимаются органами чувств человека. Известно, что наблюдения положения планет и звезд на небе, проводившиеся в течение более двадцати лет Тихо Браге явились эмпирической основой для открытия Кеплером его знаменитых законов. Чаще всего научное наблюдение бывает опосредованным, т. е. проводится с использованием тех или иных технических средств. Если до начала XVII в. астрономы наблюдали за небесными телами невооруженным глазом, то изобретение Галилеем в 1608 году оптического телескопа подняло астрономические наблюдения на новую, гораздо более высокую ступень. А создание в наши дни рентгеновских телескопов и вывод их в космическое пространство на борту орбитальной станции позволило проводить наблюдения за такими объектами Вселенной как пульсары и квазары.
Развитие современного естествознания связано с повышением роли так называемых косвенных наблюдений. Так, объекты и явления, изучаемые ядерной физикой, не могут прямо наблюдаться ни с помощью органов чувств человека, ни с помощью самых совершенных приборов. Например, при изучении свойств заряженных частиц с помощью камеры Вильсона эти частицы воспринимаются исследователем косвенно — по видимым треков, состоящих из множества капелек жидкости.