由自然科學的一個或幾個基本學科的理論變革所導致的整個自然科學系統的根本變革。有時也泛指某一學科的理論變革，如20世紀的天文學革命、分子生物學革命等。它的主要標志是思維方式的變革。一般是觀察事實積累到一定程度，特別是某一意義重大的新事實的發現，促使新的理論揚棄原有的理論而成為占統治地位的理論。