С. Тулмин выступает оппонентом неопозитивизма, критикуя абсолютизацию логического подхода к анализу науки и вытекающую из данного подхода упрощенную модель реального научного познания. При этом Тулмин использует идею "языковых игр" Л. Витгенштейна применительно к эволюции науки, обосновывая, что "языковые игры" имеют место в науке и что формальный подход логиков-индуктивистов, распространенный в Англии со времен Дж. С. Милля, допускает серьезные ошибки в изображении работы ученого. По Тулмину, позитивистский подход сводит рациональность науки к формальным критериям, трактуя ее как только логическую рациональность, не учитывая при этом психологические и социальные аспекты научного познания. Отталкиваясь от идеи языковых игр, Тулмин трактует теории науки как правила научного рассуждения, предназначенные для объяснения явлений через установление соответствия явлений закону. Данные рассуждения представляют собой реальную логику науки, которая не стремится подчинить доказательство в каждой отдельной области знания универсальным стандартам, а исходит из положения, что "сами стандарты зависят от конкретных областей их применения". По Тулмину, необходимо показать не то, что рациональные процедуры научного поиска обладают собственной логикой, но то, каким образом логические структуры должны обслуживать рациональную деятельность.
Рациональность научного познания состоит не в подчинении универсальным формальным стандартам, а в способе, которым ученые изменяют методы и образцы рассуждения в каждой конкретной теории, научном исследовании или дискуссии так, чтобы оптимально адаптировать их к требованиям меняющихся проблем. Другими словами, Тулмин указывает на рамки формального логического подхода к науке, не отвергая полностью его значения. По Тулмину, рациональность научного познания определяется не формально упорядоченными логическими системами; интеллектуальное содержание науки в целом можно представить в строгой "логической" форме только при совершенно исключительных условиях. Гораздо типичнее ситуация, когда наука включает в себя многочисленные сосуществующие, но логически независимые теории или концептуальные системы, которые могут даже противостоять друг другу.
Анализ научной рациональности, по Тулмину, предполагает рассмотрение: 1) различных неформальных связей между сосуществующими понятиями, объяснительными процедурами и методами различных наук; 2) способов, при помощи которых в каждой отдельной области науки концептуальные проблемы возникают и признаются в качестве таковых; 3) природы тех рациональных соображений, на основе которых в развитии науки происходит модификация и смена понятий и методов объяснения.
Тулмин, таким образом, связывает научную рациональность с практикой научного познания, деятельностью ученых и соответственно с содержательными процессами возникновения нового знания, с концептуальными изменениями и применяемыми в науке интеллектуальными процедурами. По Тулмину, ошибочно отождествлять рациональность и логичность, поскольку "рациональность - атрибут не логической или концептуальной системы как таковой, а атрибут человеческих действий или инициатив", лежащих в основе критики, формирования и смены научных понятий и процедур. Тулмин тем самым подчеркивает определяющее значение содержательного аспекта научного познания, обосновывает научное понимание как реализацию интеллектуальных инициатив, коллективного опыта ученых. По Тулмину, ученым свойственна вера в существование законов, способов, обеспечивающих объяснение, понимание событий, явлений, процессов, соответствующих их ожиданиям. Данные ожидания, в свою очередь, основываются на определенных рациональных идеях, концепциях естественного порядка природы, т.е. они опираются на исторически выработанные идеалы, стандарты научной рациональности.
Все это приводит, по Тулмину, к улучшению научного понимания и соответствии с историческими изменениями данных стандартов и процедурами их проверки и испытаний. При этом надо учитывать роль исторического контекста (рациональность науки не априорна по отношению к истории науки, но, напротив, выводится из нее), на фоне которого рациональность научного познания складывается в процессе взаимодействия научных идей, научных институтов, научных дисциплин и конкретных субъектов научной деятельности, обеспечивая тем самым эволюцию науки, концептуальные изменения ее содержания. Рациональность как свойство человеческой деятельности проявляется в функционировании и развитии научной дисциплины. Тулмин подчеркивает, что коллективная человеческая деятельность принимает форму рационально развивающейся дисциплины, если согласованные внутри определенной группы идеалы ведут к развитию самостоятельного и самоопределяющегося набора процедур и если эти процедуры открыты для дальнейших модификаций в той мере, в какой они соответствуют проблемам, возникающим из неполного достижения дисциплинарных идеалов.