T. Kuhn se ve své knize The Sturcture of Scientific Revolutions (Struktura vědeckých revolucí, 1962) zabývá historickým pohledem na vývoj vědeckého poznání, který má podle něj nelineární průběh, a lze jej charakterizovat jako střídání paradigmat.
Pod termínem paradigma rozumí soubor názorů, hodnot a technik, které sdílejí členové dané vědecké komunity. Tato paradigmata jsou jak obecně-filozofická tak i vysoce specializovaná. Skutečnost je nesmírně složitá, a podle Kuhna právě paradigma určuje výběr redukce na únosnou míru. Paradigma představuje systém víry v každé oblasti studia, určité apriorní přesvědčení, jež je východiskem dalšího zkoumání. Paradigmata jsou absolutně nezbytná pro vědecký pokrok, obsahují však také moment petrifikace. Kuhn píše, že v počátečním stadiu vzniku věd existuje koncepční zmatek, soutež různých názorů a hypotéz, ze které se vynořuje dominantní paradigma. Po jeho všeobecném přijetí a nastolení vládne tendence zaměňovat jej za přesný popis reality. Vládnoucí teorie se tak místo modelu začíná považovat ze realitu samu.
Kuhn rozlišuje:
A/ období normální vědy, kde vědecké poznání staví na předpokladu, že vědecký svět ví, co a jaký je vesmír. Teorie definuje nejenom jaký svět je, ale také jaký není, co je principiálně možné, a zároveň co principiálně možné není. Zde se projevuje normativní vliv paradigmatu, paradigma určuje dovolenou oblast problémů, přijatelné metody, standardy řešení. Změna paradigmatu znamená změnu problémového pole, redefinování problémů.
Normální výzkum má kumulativní povahu, vybírány jsou pouze ty problémy, které mohou být řešeny pomocí pojmového a instrumentálního vybavení již existujícího. Nové teorie však nemohou vzniknout bez destruktivních změn ve starých názorech na přírodu.
Období normální vědy se projevuje mimo jiné i tím, že mohou být a jsou exaktním způsobem, který je odvozen od panujících teorií, rozpracovány i metody, resp. systém metod. Normální věda představuje určitou stabilitu a jednotu náhledu, metod, činností a celého systému poznatků, který se tímto způsobem vytváří. Metoda vystupuje ve své "normální" podobě, jako vědecký způsob řešení problémů, který přináší žádané výsledky.
B/ vědeckou revoluci ohlašuje období pojmového chaosu - období "abnormální vědy". Jakmile jednou nějaká vědecká teorie dosáhla statutu paradigmatu, nebývá prohlášena za neplatnou, pokud není k dispozici životaschopná alternativa.
Ve stadiu abnormální vědy jsou vědci ochotni obrátit se k filosofii a diskutovat o základních předpokladech (což je nemyslitelné v období normální vědy). Projevuje se rostoucí krize, selhávání starých pravidel a hledání nových.
Vznikají vážné komunikační nebo jazykové problémy mezi stoupenci soupeřících škol, staré termíny jsou v rámci nového paradigmatu zásadně redefinovány, dostávají nový význam.
Změna paradigmatu je změnou vjemového "gestaltu" (celostní zážitek, resp. určitá organizace podnětového pole do předem daných útvarů). Změní-li se paradigma, změní se i svět, který vidí vědci. Používají nové nástroje, dívají se do nových míst, pozorují jiné věci a vnímají dokonce i známé objekty ve zcela novém světle.
Úspěšnost teorie, která by se mohla stát novým paradigmatem, je do velké míry závislá na svém nositeli, na jeho autoritě ve vědecké obci a jeho schopnosti získat na svou stranu uznávané vědce. Změna vjemového gestaltu je z hlediska jednotlivce velice težko realizovatelná a proto Kuhn říká, že nové paradigma se stává dominantním teprve tehdy, když vymřou nositelé starého.
Po změně paradigmatu lze v jistém smyslu považovat starou teorii za speciální případ nové, musí však být k tomuto účelu přeformována a přetransformována (uskuteční se její revize). Dochází ke změně významu základních pojmů. Například přechod od Aristotelovy fyziky k Newtonově a pak k Einsteinově, od Ptolemaiovy geocentrické soustavy k astronomii Koperníkově a Galileově.
Období "abnormální" vědy se tedy projevuje i tím, že jsou používány "abnormální" metody hledání nových "normálních" teorií a tedy i "normálních" metod. Období "abnormální" vědy přináší nestabilitu a rozdvojení původního (neudržitelného) náhledu, metod, činností a systému poznatků a nového "metapohledu", který často předem nedefinovaným způsobem hledá novou podobu teorií a z nich plynoucích metod, činností, náhledu i nových poznatků. "Metapohled" se děje ve větší míře přirozeným způsobem. Metody přirozenosti jsou používány k tomu, aby nově artikulovaly většinou nikoliv samy sebe, ale nové metody-artefakty, které by nahradily dřívější.
Zajímavé srovnání svého pohledu z knihy Struktura vědeckých revolucí se základními myšlenkami K. Poppera učinil Kuhn pod názvem "Logika objevování nebo psychologie výzkumu" ve sborníku I. Lakatose "Kriticismus a růst poznání" (1970).
Popper považuje v mnohých aspektech oba pohledy za velice blízké, skoro identické. Schodují se podle něj především ve svém zaměření na dynamiku tvorby vědeckého poznání. Rozdíl však shledává v logické struktuře výsledků. Za legitimní data (ve smyslu východiska poznání teorie vědy) považují oba shodně historické fakty a ducha aktuálního vědeckého života konkrétní doby. Obracejí se k historii vědy, v níž je hledají. Společně odmítají názor, že věda postupuje pouhým narůstáním poznatků a zdůrazňují revoluční proces, při kterém je stará teorie odmítnuta a nahrazována novou, přičemž významnou roli hraje právě neúspěch staré teorie vypořádat se s novými problémy, jež vyrůstají z logiky, experimentu či pozorování.
Podle Kuhna jsou oba jednotní ve své opozici vůči mnohým stěžejním tezím pozitivismu, především ve zdůrazňování provázanosti vědeckého pozorování s vědeckou teorií, ve svých skeptických postojích vůči možnosti vytvoření "neutrálního" jazyka pozorování vědy, a oba shodně trvají na tom, že vědec má mít za cíl vynalézt teorii, jež by vysvětlovala pozorované jevy ve smyslu reálných objektů.
Při zběžném pohledu na jejich koncepce vystoupí však do popředí dvě z rozdílností. Jedná se o důraz, jenž klade Kuhn na podstatný význam tradice ve vědě, a dále jeho nesouhlas s Popperovými implikacemi termínu "falzifikace".
Podle Poppera postupuje vědec tak, že určitý výrok, nebo systém výroků podrobuje systematickému prověřování. Podle Kuhna však není jasné o jaký druh výroků se Popperovi jedná. Kuhn zdůrazňuje, že ve skutečnosti zde jde o hypotézy a tvrzení, se kterými přichází daný vědec sám (tedy jeho vlastní), a které se snaží uvést do souladu s uznávanou teorií. Tato teorie zde slouží jako nástroj, i jako kriterium správnosti dané hypotézy (V Kuhnově terminologii jde o fázi "normální vědy"). Při tomto prověřování tedy nedochází k testování panující teorie samotné, protože právě tato teorie je kriteriem, tím, co tvoří pravidla hry.
Podle Kuhna vědec neřeší problémy, ale rěší spíše hlavolamy, určité "křížovky". Právě teorie má zajistit, že hlavolam lze vyřešit. Ona je tím, co vymezuje pole těchto hlavolamů. Pokud je řešení daného hlavolamu neúspěšné, je to neúspěch samotného vědce (resp. jeho hypotézy). V žádném případě se však nejedná o zpochybňování teorie samotné (stále jsme v období "normální vědy").
To, co Popper považuje za podstatu vědecké práce, je podle Kuhna záležitostí pouze období revolučních zvratů ve vědě. Redukovat metodu vědecké práce výhradně na neustálé prověřování teorie znamená podle Kuhna nepochopení skutečného vývoje poznání.
Přechod od metafyzických systémů k vědě je charakterizován podle Kuhna právě tím, že se vylučuje kritická diskuse. Ta podle něj nastupuje pouze v momentě krize.
Popper propaguje učení se z chyb - ale o tom lze podle Kuhna mluvit jen na individuální úrovni, protože tatáž teorie by podle toho jednou byla a jednou nebyla (po jejím překonání) chybná.
Kuhn také kritizuje Popperovo kriterium falzifikace teorie prostřednictvím pozorování (experimentu), které ji vyvrací. Je to podle něj problém generalizace a kriterií konkretizace.
Kriteria, podle nichž vědci určují platnost artikulace nebo aplikace existující teorie, samy o sobě nestačí pro určení volby mezi soupeřícími teoriemi. A proto odpovědi na otázku, co je vědecký pokrok, a jak se uskutečňuje, je nutné hledat v psychologických a sociologických analýzách. Významnou roli zde podle Kuhna hraje panující ideologie, dále hodnotový systém a charakter institucí, prostřednictvím nichž se tento systém přetváří.
Otázku o povaze metody-přirozenosti, o její možné artikulaci si Kuhn jakožto teoretik vědy nestaví, neboť cítí, že právě v této oblasti jsou dosavadní prostředky vědy málo účinné.