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19世紀の科学は、西ヨーロッパで18世紀後半の啓蒙主義への反動として始まった知的運動であるロマン主義（または思索の時代、[ 1 ] 1800年頃～1840年）の影響を大きく受けた。[ 2 ] : xxiロマン主義は、政治、芸術、人文科学 など、多くの研究分野を取り入れた。
啓蒙主義の機械論的な自然哲学とは対照的に、ロマン主義時代のヨーロッパの科学者たちは、自然を観察することは自己理解を意味し、自然に関する知識は「力ずくで得るべきではない」と主張した。彼らは啓蒙主義が科学の濫用を助長したと感じ、人類だけでなく自然にとってもより有益となるであろう、科学的知識を増やすための新たな方法を模索した。[ 3 ]： xii
ロマン主義は多くのテーマを提唱した。全体は部分よりも価値があるという反還元主義と認識論的楽観主義（人間は自然と結びついている）を推進し、創造性、経験、そして天才性を奨励した。[ 4 ]また、自然に関する知識を得ることは人間を理解することにもつながると考え、科学的発見における科学者の役割を強調した。そのため、これらの科学者は自然への敬意を非常に重視した。[ 3 ]： xiv
ロマン主義は1840年頃から衰退し始め、新たな運動である実証主義が知識人の間で広まり、1880年頃まで続いた。かつて啓蒙主義に幻滅し、科学への新たなアプローチを模索した知識人たちと同様に、人々はロマン主義への関心を失い、より厳密な方法を用いて科学を研究しようとしたのである。
18世紀末の数十年間、フランスでは啓蒙思想が確固たる地位を築いていたが、19世紀前半にはイギリス、特にドイツでロマン主義的な科学観が隆盛を極めた。[ 3 ]： xii [ 2 ]： 22 両者とも、自然と人間の知的能力の研究を通して人間の知識の限界を認識することで、個人と文化の自己理解を深めようとした。しかし、ロマン主義運動は、啓蒙思想が提唱する教義に対する多くの知識人の反感の高まりから生まれた。啓蒙思想家が演繹的推論と自然哲学の数学化を通して合理的思考を重視したことが、自然と平和的に共存するのではなく、自然を支配しようとする冷徹な科学観を生み出したと考える者もいた。[ 2 ]： 3-4
啓蒙思想家によれば、完全な知識を得るには、あらゆる主題に関する情報を細分化し、知識をさらに細分化していくことが必要であり、これは還元主義として知られている。プトレマイオスのような古代人や、コペルニクス、ケプラー、ガリレオのようなルネサンス期の思想家の知識の上に知識を構築するために、この方法が必要だと考えられていた。人間の純粋な知力だけで自然のあらゆる側面を理解できると広く信じられていた。啓蒙思想の著名な学者には、アイザック・ニュートン卿（物理学と数学）、ゴットフリート・ライプニッツ（哲学と数学）、カール・リンネ（植物学者と医師）などがいる。
ロマン主義には4つの基本原則があった。「黄金時代における人間と自然の本来的な一体性、その後の人間と自然の分離と人間の能力の断片化、宇宙の歴史を人間的、精神的な観点から解釈できる可能性、そして自然を観想することによって救済が得られる可能性」[ 2 ]： 4
前述の黄金時代は、ギリシャ神話や伝説における人間の時代区分を指している。ロマン主義思想家たちは、人間を自然と、ひいてはその自然な状態と再び結びつけようとした。[ 2 ]： 2-4
ロマン主義者にとって、「科学は自然と人間との間にいかなる分裂ももたらしてはならない」。ロマン主義者は、啓蒙思想家と同様に、人類が自然とその現象を理解する固有の能力を持っていると信じていたが、知識への飽くなき渇望として情報を分析することを好まず、自然の操作とみなすものを擁護しなかった。彼らは啓蒙主義を、人間を自然と調和した一部としてではなく、自然の上に置いた「自然から知識を強要しようとする冷酷な試み」と見なし、逆に「偉大な道具としての自然を即興的に活用したい」と望んだ。[ 2 ]： 4 自然哲学は事実の観察と綿密な実験に専念しており、啓蒙主義の考え方があまりにも統制的であると考えられていたため、科学を理解する上で啓蒙主義よりもはるかに「非介入的」なアプローチであった。[ 3 ]： xii
ロマン主義者によれば、自然科学とは、機械的な比喩を否定し、有機的な比喩を採用することであった。言い換えれば、彼らは世界を、単に機能する物体ではなく、感情を持つ生き物で構成されていると捉えることを選んだのである。著名なロマン主義思想家であるハンフリー・デービー卿は、自然を理解するには「賞賛、愛、崇拝の態度、…個人的な反応」が必要だと述べた。[ 2 ]： 15彼は、知識は自然を真に理解し尊重する者だけが獲得できると信じていた。自己理解はロマン主義の重要な側面であった。それは、人間が（芽生えつつある知性を通して）自然を理解し、それゆえに自然を制御できることを証明することよりも、自然と繋がり、調和のとれた共存を通して自然を理解することの感情的な魅力に関係していた。[ 3 ]： xiv [ 2 ]： 2
この時期に発展した多くの科学分野を分類する際、ロマン主義者たちは、さまざまな現象の説明は真の原因に基づくべきだと考えていました。これは、すでに知られている原因が他の場所でも同様の効果を生み出すことを意味します。[ 2 ] : 15また、ロマン主義はこのように還元主義に非常に反対していました。彼らは無機科学が階層の頂点にあるのではなく、最下位にあり、生命科学がそれに続き、心理学はさらに上位にあると考えていました。[ 2 ] : 19この階層は、ロマン主義の科学の理想を反映しています。なぜなら、有機体全体が無機物よりも優先され、人間の知性は神聖で、周囲の自然を理解し、自然と再び結びつくために必要であるため、人間の心の複雑さはさらに優先されるからです。
ロマン主義によって培われた自然研究の様々な分野には、自然哲学、宇宙論と宇宙発生論、地球とその生物の発展史、生物学という新しい科学、意識的・無意識的、正常・異常な精神状態の調査、電気、磁気、ガルバニズム、その他の生命力といった自然の隠された力を解明するための実験的分野、人相学、骨相学、気象学、鉱物学、「哲学的」解剖学などが含まれる。[ 2 ]： 6
フリードリヒ・シェリングの『自然哲学』において、彼は人間と自然との再結合の必要性に関する自らのテーゼを説明した。このドイツの著作こそが、科学に対するロマン主義的な概念と自然哲学のビジョンを初めて定義づけたものであった。彼は自然を「自由への道の歴史」と呼び、人間の精神と自然との再結合を奨励した。[ 3 ]： 31
「生物学という新しい科学」は、1801年にジャン＝バティスト・ラマルクによって初めて「biologie」と名付けられ、「生命の現象は物理法則に照らして理解することはできず、その場しのぎの説明が必要であるという認識が広まることによって生じる『機械論的哲学』の長い衰退過程の終わりに生まれた独立した科学分野」であった。[ 3 ]： 47 17世紀の機械論的哲学は、生命を機械のように機能したり相互作用したりする部品のシステムとして説明しようとした。ラマルクは、生命科学は物理科学から分離しなければならないと述べ、物理学の概念、法則、原理とは異なる研究分野を創り出そうと努めた。彼は、自然界で実際に起こる物質現象の研究を完全に放棄することなく、機械論を否定することで、「生物は物理的な物体が持つ特性に還元できない固有の特性を持っている」こと、そして生きた自然は「形而上学的対象の集合体」であることを指摘することができた。[ 3 ]： 63彼は生物学を「発見」したのではなく、それまでの研究成果をまとめ、新しい科学として体系化したのである。[ 3 ]： 57
ヨハン・ゲーテの光学実験は、ロマン主義的な観察の理想をゲーテが適用し、ニュートンの光学研究を無視した結果であった。ゲーテは、色は外的な物理現象ではなく、人間の内面的なものであると信じていた。ニュートンは白色光は他の色の混合物であると結論づけたが、ゲーテは自身の観察実験によってこの主張を否定したと信じていた。そのため、ゲーテは色を分析的に記述できる数式ではなく、色を見る人間の能力、つまり「ひらめき」を通して知識を得る人間の能力を重視したのである。[ 2 ]： 16-17
アレクサンダー・フォン・フンボルトは、経験的データの収集と、自然を理解するために自然科学者が経験と定量化を用いる必要性を強く主張した。彼は自然の統一性を見出そうとし、著書『自然の諸相』と『コスモス』では、宗教的な調子で自然科学を描写することで、自然界の美的特質を称賛した。[ 2 ]： 15 彼は科学と美は互いに補完し合うことができると信じていた。
ロマン主義は自然史、特に生物進化論においても大きな役割を果たした。ニコルズ（2005）は、18世紀から19世紀にかけての英語圏における科学と詩のつながりを、アメリカの博物学者ウィリアム・バートラムとイギリスの博物学者チャールズ・ダーウィンの作品に焦点を当てて考察している。バートラムの『ノースカロライナ、サウスカロライナ、ジョージア、東フロリダ、西フロリダの旅』 （1791）は、アメリカ南部の動植物や風景を、模倣に適したリズムとエネルギーで描写しており、ウィリアム・ワーズワース、サミュエル・テイラー・コールリッジ、ウィリアム・ブレイクといった同時代のロマン派詩人たちのインスピレーションの源となった。ダーウィンの『種の起源』（1859）を含む作品は、自然を創作のインスピレーションの源として用いることが一般的だったロマン主義時代の終焉を告げ、リアリズムの台頭と芸術における類推の使用につながった。[ 5 ]
アレクサンダー（2006）は、19世紀に数学の性質が、現実世界の問題を解決するために用いられた直感的で階層的かつ物語的な実践から、応用よりも論理、厳密性、内部一貫性が重要となる理論的なものへと変化したと主張している。非ユークリッド幾何学や統計学、群論、集合論、記号論理学など、予想外の新しい分野が出現した。学問分野が変化するにつれて、関わった人々の性質も変化し、芸術、文学、音楽によく見られる悲劇的なロマン主義的天才のイメージは、エヴァリスト・ガロア（1811–1832）、ニールス・ヘンリック・アーベル（1802–1829）、ヤーノシュ・ボヤイ（1802–1860）といった数学者にも当てはまるかもしれない。ロマン主義数学者の中で最も偉大なのはカール・フリードリヒ・ガウス（1777–1855）であり、彼は数学の多くの分野で大きな貢献をした。[ 6 ]
クリステンセン（2005）は、ハンス・クリスチャン・エルステッド（1777–1851）の研究がロマン主義に基づいていたことを示している。エルステッドが1820年に電磁気学を発見したのは、啓蒙主義の数学に基づいたニュートン物理学に対する反抗であった。エルステッドは、科学の技術や実用的応用は真の科学研究とは無関係だと考えていた。カントの粒子論批判と、ヨハン・ヴィルヘルム・リッター（1776–1809）との友情と共同研究に強く影響を受けたエルステッドは、数学によって理解できる機械原理の普遍的拡張という考えを否定するロマン主義的な自然哲学を信奉していた。彼にとって自然哲学の目的は、実用性から切り離され、自律的な営みとなることであり、人間自身と自然との相互作用が自然哲学の中心にあるというロマン主義的な信念を共有していた。[ 7 ]
天文学者のウィリアム・ハーシェル（1738年～1822年）と彼の妹キャロライン・ハーシェル（1750年～1848年）は星の研究に専念し、太陽系、天の川、そして宇宙の意味についての一般の認識を変えました。[ 8 ]
サー・ハンフリー・デービーは「英国でロマン主義者と形容できる最も重要な科学者」でした。[ 2 ] : 20彼が「化学哲学」と呼んだものに対する彼の新しい見解は、化学の分野に影響を与えたロマン主義の原理の実践例でした。彼は、物理世界で観察される現象や変化の「原始的で単純かつ限られた数の原因」と、啓蒙主義の哲学者アントワーヌ＝ローラン・ラヴォアジエによって既に発見された化学元素の発見を強調しました。[ 3 ] : 31-42 ロマン主義の反還元主義に忠実に、デービーは、物質に特徴を与えるのは個々の構成要素ではなく、「それらに関連する力」であると主張しました。言い換えれば、元素が個々に何であるかではなく、それらがどのように結合して化学反応を起こし、それによって化学の科学を完成させるかということです。[ 3 ] : 31-42 [ 8 ]
19世紀における有機化学の発展は、化学者たちが自然哲学に由来する考え方を受け入れ、ラヴォアジエが提唱した有機組成に関する啓蒙主義の概念を修正することを必要とした。中心的な重要性は、当時の化学者たちによる有機物質の構成と合成に関する研究であった。[ 9 ]
科学は、重要なロマン派の作家や芸術家にとって大きな関心の対象でした。例えば、イギリスの詩人サミュエル・テイラー・コールリッジは、化学だけでなく光学、医学、そして現在では否定されている動物磁気学の分野にも熱心に取り組んでいました。[ 10 ]ウィリアム・ワーズワースは、自然界についての詩が生態学の台頭と関連付けられている作家の一人ですが、生態学が正式な学問分野として確立されるのは19世紀後半になってからです。
科学に関心を持っていたもう一人のイギリスのロマン主義作家はメアリー・シェリーである。彼女の有名な著書『フランケンシュタイン』は、ロマン主義における科学の重要な側面を伝えている。彼女は、ロマン主義者たちが関心を寄せていた反還元主義と自然操作の要素に加え、化学、解剖学、自然哲学といった科学分野も取り入れている。[ 11 ] 彼女は科学における社会の役割と責任を強調し、物語の教訓を通して、人間が自然を支配するのではなく、自然を尊重することにもっと注意を払わなければ、科学は容易に誤った方向へ進む可能性があるというロマン主義の立場を支持した。[ 2 ]： 20
ジョン・キーツの詩「ラミア」[ 2 ] : 3における「冷たい哲学」の描写は、エドガー・アラン・ポーの1829年のソネット「科学へ」やリチャード・ドーキンスの1998年の著書「虹を解きほぐす」に影響を与えた。
ドイツ・ロマン派の作家や哲学者たちも同様に、当時の科学に強い関心を持っていた。ヨハン・フォン・ゲーテは、光学に関する論文『色彩論』を出版した重要な詩人であり小説家でもある。彼の小説『親和力』では、恋愛における魅力や情熱を探るために、化学の概念が繰り返し用いられている。他のドイツ・ロマン派の作家たちと同様に、ゲーテも生命の本質、起源、そして本質に関する理論に強い関心を持っていた。詩人であり小説家でもあるノヴァーリスは、電気、医学、化学、物理学、数学、鉱物学、自然哲学の研究から得た様々な考えを作品の中で引用している。
フランス、イギリス、ドイツ、アメリカの芸術家たちも同様に、作品の中で当時の科学を参照した。ドイツのロマン主義風景画家カスパー・ダーヴィト・フリードリヒは、いくつかの絵画で地質学者で鉱物学者のアブラハム・ゴットロープ・ヴェルナーの考えを参照した。 [ 12 ]フリードリヒの絵画は、地質学における「深遠な時間」の概念にも触れている。[ 13 ]フランスのロマン主義画家アンヌ＝ルイ・ジロデと、同時代のアングロ・アメリカ人画家ベンジャミン・ウェストは、主要な絵画で折衷的な実験を行った。[ 14 ]
1840年にオーギュスト・コントの実証主義が台頭したことは、科学に対するロマン主義的なアプローチの衰退に寄与した。