Человеческая способность познавать является результатом естественного отбора и тесно связана с эволюцией языка. Попперовская эволюционная эпистемология, точнее, описание в ее рамках процесса познания представляет собой аналог эволюционных процессов изменчивости, отбора, закрепления. Аналогия проводится также между главным методом научного познания и основным методом органической эволюции, когда природа действует как бы посредством проб и ошибок: появляющийся на свет отдельный организм - это и есть проба на выживание; жизнестойкий, лучше приспособленный организм выживает, дает потомство, следовательно, способствует процветанию вида, а плохо приспособленный элиминируется естественным отбором. Подобный процесс происходит и со вновь возникшей научной теорией: наука, как и живая природа, использует метод проб и ошибок: выдвинутая теория "выживает", если лучше объясняет и предсказывает факты, более правдоподобна, а неудачные, ошибочные теории элиминируются из науки.
В итоге метод проб и ошибок является главным методом органической эволюции, познания вообще, в том числе и научного. И амеба, и Эйнштейн, по Попперу, пользуются им в своем познании, "можно сказать: от амебы до Эйнштейна всего лишь один шаг. Оба действуют методом предположительных проб и устранения ошибок". Главная разница между амебой и Эйнштейном в способе устранения ошибок. Амеба не осознает процесса избавления от ошибок, ошибки амебы устраняются элиминацией самой амебы. Эйнштейн же критикует свои теории, подвергая их осознанной, объективной проверке: он формулирует их рационально, используя письменный язык, что позволяет ему элиминировать ошибки. Поппер пишет, что нет более рациональной процедуры, чем метод проб и ошибок, метод предположений и опровержений. Наука смело выдвигает теории, но она же показывает ошибочность этих теорий и временно их признает, если критика оказывается безуспешной.
Существенно, что попперовская модель развития науки является некумулятивистской; Поппер решительно выступает против кумулятивизма, индуктивизма. т.е. против традиционной, по его словам, теории познания. Прежде всего, Поппер отвергает идею оправдания теорий наблюдениями, которую он называет обсервационизмом. Поппер пишет, что обсервационизм полагает источником нашего знания наши чувства, или наши органы чувств; что нам "даются" некоторые так называемые "чувственные данные" или некоторые восприятия и что наше знание есть результат или сводка этих чувственных данных. В действительности обоснование теорий с помощью наблюдения невозможно, поскольку "чувственных данных и тому подобных переживаний не существует", равно как и "индукции путем повторения или обобщения не существует", поэтому теории не могут быть сводкой, индуктивным обобщением чувственных данных. Поппер настаивает, что с эволюционной точки зрения теории (как и всякое знание вообще) представляют собой часть наших попыток адаптации, приспособления к окружающей среде.
Теории суть не что иное, как предвосхищения, предположения, носящие гипотетический характер, а наблюдения служат не для обоснования теорий, а для их испытания и фальсификации. Конечно, наблюдения, осуществляемые человеком в процессе приспособления к окружающей среде, используются для выдвижения теорий, предвосхищений, но сами наблюдения основываются на определенных теоретических положениях, т.е. требуют той или иной теории. Переход к теории, к общим теоретическим утверждениям совершается не от совокупности наблюдений, не путем их индуктивного обобщения; такой переход может осуществляться от одного единственного наблюдения, которое в данном случае служит лишь поводом, стимулом для выдвижения теоретической идеи. В целом процесс выдвижения новых идей, по Попперу, носит не логический, а иррациональный, психологический характер. Его изучать в этой связи должна не логика, а психология. Поппер утверждает, что если различать процедуру отыскания и процедуру оправдания, то первая не может быть представлена рациональным образом, а вторая находится вне рамок индукции.
Согласно Попперу, нет такой вещи, как логический метод получения новых идей, или логическое воспроизведение этого процесса. Его точка зрения может быть выражена словами, что всякое открытие содержит "иррациональный элемент", или "творческую интуицию" в бергсоновском смысле. Подобным же образом Эйнштейн говорит о поисках тех в высшей степени универсальных законов, из которых путем чистой дедукции может быть обретена картина мира. Но нет логического пути, ведущего к таким законам. Они могут быть достигнуты только интуицией, основанной на чем-то вроде интеллектуальной любви к объектам опыта.
В отличие от традиционной обсервационистской установки Поппер обосновывает "реалистическую" позицию в теории познания, согласно которой научное знание имеет дескриптивное значение, т.е. дает описание реальной действительности, реального положения дел. В структуре действительности Поппер выделяет три мира: