Научные революции Кун определяет как некумулятивные периоды развития науки, во время которых старая парадигма замещается целиком или частично новой парадигмой, несовместимой со старой. Понятие научной революции Кун связывает с понятием парадигмы, которое занимает в его учении весьма важное место. Парадигма в целом понимается как совокупность научных достижений, прежде всего как совокупность принимаемых всем научным сообществом теорий, доминирующих в определенный исторический период. Имеются в виду обычно фундаментальные теории, определяющие и направляющие практически все научные исследования. Под парадигмой Кун подразумевал признанные всеми научные достижения, которые в течение определенного времени дают модель постановки проблем и их решений научному сообществу. Парадигма объединяет ученых в научное сообщество, которое, в свою очередь, признает парадигму. Примерами парадигм выступают система Птолемея, физика Аристотеля, механика Ньютона, теория относительности Эйнштейна и др. Однако парадигма не совпадает с теорией; она нередко предшествует теории и в то же время связана с доминирующими теориями, которые, образуя ядро парадигмы, ее обосновывают, конкретизируют, представляют.
По Куну, ученых характеризует догматическая приверженность парадигме. В силу этого они отвергают все противоречащие парадигме идеи, исключают любые альтернативные теории. Научное сообщество в этой ситуации, по Куну, является закрытым обществом, главная характеристика которого - отказ от критического рассуждения. Еще одна важная характеристика парадигмы заключается в том, что она задает образцы, модели решения научных проблем. И принятые теории, и апробированные образцы решения научных проблем в виде канона входят в учебные пособия, по которым учатся будущие научные работники. Кроме того, парадигма формирует у ученых определенное видение действительности, своего рода научное мировоззрение, которое и придает смысл научному знанию и способам решения научных проблем.
Развивая понятие парадигмы, Кун конкретизирует его посредством понятия дисциплинарной матрицы, отмечая, что оно есть "совокупность убеждений, ценностей, технических средств и т.д., которая характерна для членов научного сообщества". Дисциплинарная матрица включает в себя символические обобщения, требующие соответствующего математического аппарата; метафизические, философские элементы, составляющие основу научной картины мира, т.е. онтологические и методологические положения, идеи; принятые научным сообществом ценностные установки; образцы решения научных проблем, "головоломок", по терминологии Куна. Образцы суть типичное применение учеными теорий, теоретических положений или символических обобщений в процессе исследовательской деятельности. Такого рода имплицитное "практическое" знание имеет большое значение для успешного функционирования парадигмы; образцы усваиваются в ходе подготовки молодых ученых, в практике совместных с учителями, научными руководителями научных исследований.
Разъясняя смысл этого понятия, Кун подчеркивает, что один вид элемента в этой совокупности - конкретные решения головоломок, которые, когда они используются в качестве моделей или примеров, могут заменять эксплицитные правила как основу для решения неразгаданных еще головоломок нормальной науки. Усвоение дисциплинарной матрицы основывается на усвоении образцов, которые, однако, не могут быть полностью эксплицированы и выражены совокупностью четких формальных правил; их усвоение и применение в научном исследовании носит практический характер, представляет собой искусство, приобретенное в процессе обучения и непосредственно в практике научной работы, научного познания. Кун отмечал, что овладение арсеналом образцов, так же как изучение символических генерализаций, является существенной частью того процесса, посредством которого студент получает доступ к содержательным достижениям своей профессиональной группы. Без образцов он никогда бы не изучил многое из того, что знает труппа о таких фундаментальных понятиях, как сила и поле, элемент и соединение, ядро и клетка.