토머스 S. 쿤은 저서 <과학혁명의 구조>에서 패러다임이라는 새로운 용어를 사용하며 과학이 합리적이지 않다고 했다. 과학의 발전은 연속적으로 이루어지지 않고 혁명적으로 이루어진다는 주장이다.

패러다임이란 사물과 현상을 이해하거나 설명하는 생각의 틀, 또는 사물을 보는 방식을 뜻하는 그리스어 ‘파라데이그마’ 라는 말에서 유래됐다. 쿤이 <과학혁명의 구조>에서 말하는 패러다임은 규범이 되는 본보기 또는 규범을 따라가는 과정에서 생긴 전통을 의미한다.

모든 사람이 받아들이는 이론이 존재하지 않는 시기를 전과학 시기라고 한다. 이 시기에는 다양한 주장들이 있지만 과학적으로 증명되지 않는다. 그러다가 과학적 이론이 확립되면 정상과학이 된다.

쿤은 정상과학시기에 수행되는 연구 특징을 퍼즐풀이가 가장 잘 나타낸다고 설명했다. 연구와 퍼즐풀이는 사람들이 확실한 정답이 있음을 알고, 풀이를 하는데 일정한 규칙이 있다는 것을 안다는 점에서 공통된다고 할 수 있다.

이를 바탕으로 정당성을 입증할 수 있고, 신뢰성을 높일 수 있으며, 이론의 명료화를 이룰 수 있다.

그러나 정상과학의 이론과 다른 이상현상의 출현이 누적되면 정상과학은 위기를 맞게 되고, 그로써 과학혁명, 패러다임의 전환이 발생한다. 새로운 이론을 통해 새로운 패러다임이 만들어지는 것이다.

천동설과 지동설을 예로 들 수 있다. 서기 140년 경 그리스의 천문학자인 프톨레마이오스가 지구가 우주의 중심에 있어 움직이지 않으며 천체들이 지구 주위를 돈다는 천동설을 주장했다. 천동설은 하나의 이론 체계로 16세기까지 인정받았다.

그러나 화성의 역행현상과 금성의 모양 변화, 별의 연주 시차 등 천동설로는 설명할 수 없는 이상 현상이 출현함으로써 천동설에 위기가 나타났다. 16세기 코페르니쿠스의 지동설로 천동설로는 설명하지 못하는 현상들을 설명할 수 있게 됨으로써 지동설이 인정받게 되었다.

과학의 발전은 이성적이거나 합리적이지 않다. 혁명적이다.