由自然科学的一个或几个基本学科的理论变革所导致的整个自然科学系统的根本变革。有时也泛指某一学科的理论变革，如20世纪的天文学革命、分子生物学革命等。它的主要标志是思维方式的变革。一般是观察事实积累到一定程度，特别是某一意义重大的新事实的发现，促使新的理论扬弃原有的理论而成为占统治地位的理论。