С момента своего возникновения научный реализм был очень неоднородным течением, о чем свидетельствует его состав. Одним из первых в защиту реального существования ненаблюдаемых теоретических объектов выступил Герберт Фейгль, который, будучи студентом М. Шлика, принимал активное участие в деятельности Венского кружка. Фейгль настаивал на необходимости расширить эмпиризм до «эмпирического реализма» и трактовал последний в «семантическом» духе [Feigl, 1950, p. 35–60]. По его мнению, сказать, что электроны существуют, значит сказать, что термин «электрон» имеет фактуальную референцию, т. е. в мире есть вещи, которые являются референтами этого термина, а теоретические утверждения, как и утверждения о наблюдаемых объектах, имеют условия истинности, которые не следует путать, как это делают логические позитивисты в своем верификационизме, со свидетельствами в пользу истинности теоретических утверждений. И хотя эти два вида утверждений различаются по степени подтверждения, которое они могут получить, ненаблюдаемые объекты не менее реальны, чем наблюдаемые, ибо «они имеют равное положение в рамках номологической структуры» науки [Feigl, 1950, p. 50]. Однако, подчеркивает Фейгль, его эмпирический реализм не следует считать метафизическим тезисом, ибо выбор эмпирико-реалистического «каркаса» является прагматическим решением и не может быть подкреплен эмпирическими соображениями.
Если эмпирический реализм Фейгля был не таким уж значительным изменением теории языковых каркасов Карнапа, позволившим ему (Фейглю) отойти от точки зрения своего коллеги, согласно которой эмпиристам следует занимать нейтральную позицию в споре между реалистами и инструменталистами, то другой сторонник научного реализма Уилфрид Селларс подверг резкой критике лежащее в основе эмпиризма допущение о том, что фундамент знания образуют непосредственные «данные» чувственного восприятия, которые никак концептуально не обработаны и для получения которых не требуется никакого обучения. Назвав это допущение «мифом данного» (см.: [Sellars, 1956, p. 253–329]), Селларс подчеркнул концептуальный, выводной характер любого знания. Однако если концептуализация, пронизывающая обыденный опыт, служит основой «феноменальной картины мира», включающей фиктивные «объекты представлений», то научные теории дают нам «ноуменальную картину мира», составленную из истинных научных «образов». Поскольку теоретические сущности вводятся для устранения непоследовательностей в повседневном опыте и для объяснения феноменов этого опыта, истинность научных образов удостоверяется успешностью этого объяснения. В результате Селларс связывает свой научный реализм, часто определяемый как «экспланативистский», с прагматистским пониманием истины и с фаллибилистским представлением о развитии науки как о «самокорректирующемся процессе концептуальных изменений».
Идея научного реализма нашла ясное выражение и в концепции «трех миров» К. Поппера. Так,