Эмпирическое исследование - это исходный уровень научного познания, благодаря которому обеспечивается накопление, фиксация, группировка и обобщение исходного материала для построения теоретического знания. Однако правильность теории еще надо доказать и подтвердить. Поэтому в методологии научного исследования возникают две проблемы: во-первых, проблема эмпирической проверки правильности научной теории и, во-вторых, проблема объяснения и предвидения материальных явлений, предсказанных теорией.
В первом случае вычисленные на основе теории значения изучаемых величин сравнивают с данными опыта (измерительный эксперимент) и, если они совпадают, теория считается правильной. Предвидение возникает на том основании, что теория в общем виде охватывает бесконечное множество явлений и из нее можно вывести конкретные сведения о таких фактах, которые пока еще не наблюдались. Правильность предсказания также подтверждается наблюдением или экспериментом. «Стыковкой» теоретических выводов и данных опыта завершается полный цикл исследования, где ключевая роль принадлежит наблюдению, эксперименту и измерению.
Вместе с этим эмпирические данные должны быть зафиксированы и представлены в знаковых формах данного научного языка, т.е. описаны различными способами, принятыми в конкретной науке, и в первую очередь - в качественных терминах. Свойства качественных характеристик далее подвергаются сравнению и тем самым способствуют шкалированию, упорядочиванию, введению эталонов сравнения свойств и т.д. Таким образом, методы эмпирического исследования в целом выстраиваются в следующую логическую цепочку: наблюдение - эксперимент - описание - сравнение - измерение.