По Попперу, утверждения содержат информацию об эмпирическом мире только тогда, когда они способны приходить в столкновение с опытом, т.е. когда они могут систематическим образом проверяться, подвергаться испытаниям, которые могут приводить к их опровержению. В этой связи Поппер отвергает неопозитивистский критерий верификации или подтверждаемости посредством чувственных данных. Прежде всего, невозможно неопозитивистское чистое наблюдение, поскольку термины наблюдения теоретически нагружены, т.е. любое наблюдение исходит из определенных теоретических установок, положений. Кроме того, невозможна неопозитивистская редукция теоретических предложений к предложениям наблюдения. В науке не существует никаких базисных предложений — ни эмпирических, ни теоретических. Хотя на основе критерия фальсификации нельзя установить истинность научной теории, но есть возможность на основе рациональной процедуры опытных испытаний определить ее ложность. Фальсификация по сравнению с неопозитивистской верификацией лучше соответствует требованиям логики.
Если верификационное подтверждение научной теории не может быть окончательно завершено, уходит в бесконечность, то для фальсификации достаточен лишь один опровергающий теорию эксперимент, что реально осуществимо. Любая, даже достаточно проверенная, подтвержденная научная теория, в принципе, может быть опровергнута; если теория в принципе неопровержима, то она находится за пределами науки, например, в метафизике, религии и т.п. Беспощадная фальсификация научного знания, поиск и устранение через критику и опытные проверки ложных положений приближают ученых к истине так, что рост знания, по Попперу, состоит в постоянной замене одних недостоверных теорий другими, в принципе, также опровержимыми, но находящимися все же ближе к истине.
Итак, несмотря на опровержимость, теории имеют определенное истинное содержание, которое выражается совокупностью полученных из них истинных следствий. Рост научного знания заключается, по Попперу, в увеличении истинного содержания теорий, которые приходят на смену теориям с меньшей совокупностью истинных следствий. То есть теории с большим истинным содержанием, принимаемые наукой в ходе конкуренции с прежними теориями, стоят ближе к истине, более правдоподобны; степень правдоподобия, т.е. степень приближения к истине, позволяет, по Попперу, сделать правильный выбор между соперничающими теориями. Более глубокие, обладающие большим правдоподобием теории не только решают те проблемы, которые не могут решить их соперницы, но позволяют объяснить неспособность в этом плане старых теорий.
Новая теория должна также объяснять не только факты, объясненные старой теорией, но и факты, перед которыми старая теория была бессильна, кроме того, предсказывать новые факты; обладающая большими познавательными возможностями теория должна также выдерживать "новые и строгие проверки" и тем самым обеспечивать прогрессивный сдвиг проблем. Такого рода теории ближе к истине и одновременно имеют большую возможность быть фальсифицированными, создают предпосылки для формулировки новых проблем и постановки новых проверочных экспериментов, что способствует росту научного знания. Общая последовательность развития науки включает этап формулировки проблем; следующий этап предполагает выдвижение множества соперничающих между собой теорий, призванных дать решение этих проблем; затем следует этап отбора теорий через фальсификации: устанавливается их ошибочность через критический анализ, сравнение и опытные проверки; следующий этап заключается в формулировке новых проблем. Иными словами, развитие науки осуществляется проблемно, от одних проблем к формулировке новых; теории представляют собой пробные решения проблем, которые рано или поздно фальсифицируются, сменяясь новыми пробными решениями и новыми проблемами.
Попперовское описание процесса развития науки использует неодарвинистскую концепцию. Согласно этим представлениям общая органическая эволюция находит свое выражение в специфическом изменении научного познания как своем частном случае. Поппер считается одним из основоположников эволюционной эпистемологии, которая рассматривает эволюцию как познавательный процесс, как когногенез. Познание есть процесс решения проблем посредством свойственного всей живой природе, в том числе и науке, метода проб и ошибок, а конкуренция теорий приводит по аналогии с естественным отбором к элиминации нежизнеспособных и выживанию наиболее правдоподобных, приводящих к постановке новых, более глубоких проблем и теорий. Основными проблемами эволюционной эпистемологии Поппер считает эволюцию человеческого языка и роль, которую он играл и играет в увеличении человеческого знания, а также проблему истины.