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生物學家對于生命現象的研究通常采用觀察和實驗的方法，通常這兩種方法是一起使用的。
觀察是按生物的物理性狀來描述生物的狀況。通常是先對其外形及行為進行觀察和描述，再把生物體解剖借助光學儀器對其內部結構進行觀察。觀察是多種多樣的，有個體的觀察也有群體的觀察；有靜態的觀察也有動態的觀察；有相同種類的觀察也有不同種類的對比觀察。
實驗是人為地改變一些條件來觀測生物的變化和反應，以探究生命內在的因果關系，是認識生命活動的方法。
實驗方法是人為地干預、控制所研究的對象，并通過這種干預和控制所造成的效應來研究對象的某種屬性。17世紀前后生物學中出現了最早的一批生物學實驗，如英國生理學家W.哈維關于血液循環的實驗，J.B.van黑爾蒙特關于柳樹生長的實驗等。到了19世紀，物理學、化學比較成熟了，生物學實驗就有了堅實的基礎，因而首先是生理學，然后是細菌學和生物化學相繼成為明確的實驗性的學科。19世紀80年代，實驗方法進一步被應用到了胚胎學，細胞學和遺傳學等學科。
系統的方法 系統科學源自對還原論、機械論反省提出的有機體、綜合哲學，從C.貝爾納與W.B.坎農揭示生物的穩態現象、維納與艾什比的控制論到貝塔郎菲的一般系統論，最早建立的是系統心理學，系統生態學、系統生理學等先后建立與發展，20世紀70-80年代系統論與生物學、系統生物學等概念發表。從香農信息論到I.普里戈津的耗散結構理論，將生命看作自組織化系統。