Следующий период, называемый эллинистическим (III в. до н.э. — III—IV вв. н.э.), характеризуется необыкновенным расцветом античной науки. Центром научной мысли стал город Александрия. В этот период получили развитие математика, механика, биология, медицина, астрономия, география, филологические науки и многие другие дисциплины. Достаточно назвать имена механика Архимеда, геометра Евклида, врача Эрасистрата. Некоторые открытия были прямым предвосхищением новоепропейской науки (изобретение Героном паровой турбины, гелиоцентрическая гипотеза астронома Аристарха Самосского). Расцвет эллинистической науки был относительно недолог (примерно начиная с I в. н.э. начинается ее упадок), но он стал яркой страницей в истории античной мысли. Подводя итог достижениям античной мысли, следует еще раз подчеркнуть, что именно Античности мы обязаны самим познавательным рационалистическим проектом. Идеи теоретической науки, доказательного знания, универсальных логических и общенаучных понятий, абстрактных объектов, а также множество блестящих эмпирических наблюдений, находок и открытий есть результат работы пытливых и неутомимых умов Античности. Трудно сказать, во что бы претворилась александрийская наука, будь ее плодотворный период благополучно продолжен. Но объективности ради следует признать, что становление античной науки в современном понимании (т.е. прежде всего в виде точного математического естествознания) было в некотором смысле заблокировано. Несколько огрубление можно сказать, что рационалистический проект Античности оказался раздробленным.
В античной философии сложилось известное противопоставление сферы чувственного мира и сферы сверхчувственного мира идей. Это отразилось в раздельном существовании наук эмпирических, ориентированных на накопление описательных, сугубо качественных знаний (биология, география и т.п.), и дедуктивной науки математики, занимающейся чистыми идеями и по определению неприложимой к опытному познанию.Фундаментальное теоретизирование носило предельно созерцательный, умозрительный характер. Эмпирические исследования были ориентированы преимущественно на наблюдение. Экспериментирование имело несистематический характер; идеи научного эксперимента как полноценной методологической структуры Античность не знала. Требовалось решительное преодоление разрыва между созерцательным абстрактным теоретизированием (образцом которого выступали математика и метафизика) и эмпирическим поиском, еще не оформившимся в последовательный экспериментальный замысел.