В ряду вопросов, раскрывающих когнитивную структуру науки, важнейшее место принадлежит проблеме эмпирического и теоретического уровней познания. В сфере гносеологии установлено, что взаимодействие эмпирического и теоретического уровней обеспечивает поступательное развитие научного познания. «Сбалансированное» движение познания на этих уровнях отличает познавательную систему науки от других видов познания, например, от философского и обыденного. Дело обстоит так, что научное познание характеризуется специфическим познавательным циклом, включающим основные относительно самостоятельные и, вместе с тем, взаимосвязанные, взаимно обусловливающие друг друга ступени исследования - эмпирическую и теоретическую. Это утверждение, разумеется, справедливо по отношению к научному познанию как таковому, к науке в ее «усредненном», типичном виде, поскольку единичные, индивидуальные исследования в науке могут существенно отличаться от данной схемы.
Однако очевидно, что именно таким образом организованная познавательная система, т.е. определенное взаимодействие эмпирического и теоретического уровней, выражает сущностную природу механизма научного познания, его качественную определенность. Начиная с XVII столетия возникновение подобного познавательного механизма становится характерным для науки и знаменует собой исторический этап формирования науки в полном смысле этого слова, или, говоря иначе, фазу зрелой, классической науки.
Этому не противоречит существование так называемых эмпирических, описательных наук, или так называемой эмпирической описательной стадии в развитии той или иной науки. Дело в том, что не существует абсолютно чистого, свободного от теоретических предпосылок эксперимента или наблюдения в современной науке; аналогично, не было абсолютно чистой по отношению к теории науки или чисто эмпирической, описательной стадии в развитии тех или иных наук. Поскольку любая, даже сугубо эмпирическая, стадия в науке или исследовательская программа нуждается в своем теоретическом обосновании (любая эмпирия «нагружена» явно или неявно теоретическими положениями), постольку в отсутствие собственных теорий эмпирические описательные науки в качестве теоретического базиса используют философское знание. Именно философия подчас выступает в истории познания «заместителем» общих научных теорий, обеспечивая «сохранность», целостность специфического для науки познавательного цикла, соединение в этом цикле теоретических и эмпирических познавательных процедур.
Своеобразие когнитивной структуры науки раскрывается также в соотношении предметного и рефлексивного уровней научного познания. Предметный уровень направлен на изучение объективной реальности, раскрытие ее законов, свойств и отношений. В нем находит свое выражение специфическая, в сравнении с другими видами познавательной деятельности, реализация субъект-объектного отношения. Наука, безусловно, предполагает эмпирическое взаимодействие субъекта с объектом. Но она включает также и постановку целей, выработку соответствующих средств и форм исследования, установление определенной корреляции между поставленными целями и необходимыми для их реализации средствами, и соответственно корректировки, управления самим процессом познания.
Научная деятельность без тех или иных форм самосознания попросту невозможна. Это было показано еще в работах В. С. Швырева. Причем в сфере самосознания науки (в этом наука похожа на любую социокультурную систему) складывается научная рефлексия как критика науки, совершенствующая научное исследование, и одновременно рефлексия в форме консерватизма научного сознания, его парадигмальности, и даже кик совокупность научных мифов. Однако, научная рефлексия в узком методологическом смысле слова представляет собой в отличие от научных мифов и научного консерватизма высокоспециализированную форму научной деятельности, научного самосознания, которая образует необходимое условие развития науки. Именно в научной рефлексии достигается осмысление предпосылок исследования, выявление неявного знания и превращения его в явное. Это предполагает анализ знания и деятельности, его уточнение, отказ от ошибочных предпосылок, положений, так что рефлексивные акты осуществляются в единстве явного и неявного, рефлектируемого и нерефлектируемого, что способствует порождению нового знания и выходу за пределы наличной системы научного познания.