西方哲學的古代期與中世紀分別長達一千一百年及近千載，前者的柏拉圖與亞里斯多德兩大思想傳統，日後各自反映於後者的教父及士林哲學。但是通過自然哲學觀點看，在這些大傳統之外其實存在著不少小傳統也值得關注。倘若大傳統探討對象是物理學與數學，小傳統則涉及化學和生物醫學，這些都構成今日自然科學的主要部分。柏拉圖雖然將自然與人類類比成大宇宙和小宇宙，但他並不贊成對宇宙從事觀察與實驗，而是傾向進行數學演繹。真正動手作研究的則是亞里斯多德，他不但探索物理世界，還觀察胚胎發展及動物分類。此外化學的前身煉金術來自原子論，「西方醫學之父」希波克拉底的人道思想更為後世所推崇。
作為化學前身的煉金術，為「化學」一辭提供了來自阿拉伯文的字根。它的理論基礎建立在亞里斯多德所繼承更早的四元素說，阿拉伯人則在水、火、土、氣四元素之外，添加汞、硫等元素，用以提煉黃金卻未見成效，轉而相信必須再加入一種神祕的「哲學家之石」。結果石頭始終未找到，卻帶動了化學實驗所需要的萃取、蒸餾等操作程序，深化了探索大宇宙中物質屬性的知識。另一方面，研究小宇宙的生命現象，也在包含動物學、植物學與礦物學的博物學以及醫學等學科上留下記錄。像古羅馬蓋倫在解剖學上的發現，影響後世長達一千三百年，直到文藝復興時期，才被近代人體解剖學創始人維薩留所挑戰及取代。
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