科学精神是伴随近代科学的诞生，在继承人类先前思想遗产的基础上，逐渐发展起来的科学理念和科学传统的积淀，是科学文化深层结构（行为观念层次）中蕴涵的价值和规范的综合。它主要生发于科学信念、科学方法、科学思想和科学知识，并在科学活动和科学建制中力行和发扬光大。科学精神是科学本性的自然流露或延伸，体现了科学的哲学和文化意蕴，是科学的根本、真诠和灵魂。通过科学传播、科学学习、科学训练、科学研究，它能够内化为人的科学心态即科学的心智框架（scientific frame of mind）或科学的心智习惯（scientific habit of mind）、科学思维方式与科学良心（scientific conscience），外化为人的科学态度（scientific attitude）、科学道德与社会的科学心理风气（scientific mental climate）。科学精神充分体现了科学的优良传统、自主意识、价值取向、精神气质、认知模式、道德律令和行为准则。它是科学家应该具有的精神，是多数科学家事实上或多或少具有的精神，也是非科学家能够领悟和习得的精神。人们既能够从科学的成功、健康发展中洞悉科学精神，也能够从科学的失败、病态停滞中窥见科学精神。
科学精神有诸多特点。这些特点往往“一分为二”，具有某种张力性质，如隐含性与显在性、普适性与地域性、可变性与稳定性、习得性与难获性。
科学精神具有隐含性与显在性。科学精神属于科学的“上层建筑”，是科学文化的深层底蕴，从我们日常接触的科学知识、科学活动中难以立即察觉出它们，它们也没有以正式的条文写进科学的法规之中，因而具有某种隐含性。但是，人们偶尔又可以从下述情况窥见科学精神的自然流露：在科学共同体的一些不成文的惯例中，在有道德修养的科学家的自觉或不自觉的言行中，在古今中外的科学经典著作中，在众多的科学史和科学哲学论著中，在科学界对不端行为的严厉批评和道义谴责中。 B.巴伯就科学精神的这一特点写道：
科学像所有社会组织起来的活动一样，是一项精神事业。也就是说，科学不能仅被看作是一组技术性的和理性的操作，而同时还必须被看作是一种献身于既定精神价值和受伦理标准约束的活动。因为作为一个整体的、更基本和比较绝对的科学精神的存在，个别科学家的近乎无道德意识才成为可能。有时科学的精神目标常常显得含混不清，因为人们常常把科学看作是达到这些精神目标的一种精神手段。但是精神价值总是存在于科学家的日常工作实践之中，无论某些科学家对此是多么毫无意识。的确，科学精神在大多数情况下应该是隐晦的，这似乎是它的特征，正像隐晦也是其他深沉的精神的特征一样。只是在很少的情况下，这些价值才被明确地表达出来；而由某些科学的官方机构将其条理化的情况就更为少见了。仪式性的聚会以及危机出现之时，是科学价值得到显示的主要机会。如果我们想看到支配科学的精神价值，我们必须主要考察这些机会和那些零星出现在成熟聪慧的科学家之间的自我反思。
科学精神具有普适性与地域性。像科学一样，科学精神也是普适的和普世的。而且，正如B.巴伯所说的，科学精神也大体上与自由社会的普遍价值相吻合。即使当这两者有所不同时，这种差异只在这同一普遍的价值之下才成为可能。“在一定的意义上，科学是自由社会精神的典型代表。” 任鸿隽也道出了这一特点：科学精神是常识的训练。所谓常识训练，是说这种训练不专属于某种科学，而为一切科学所应有。不仅如此，这种精神，不但是一切科学所应有，即是平常处事，若就最妥当的办法而言，也应该如是，不过平常的人，是否人人都有这个常识，是一个问题罢了。
梅尔茨充分肯定了科学精神的普适性和普世性：一切国家都对科学所具有的世界性力量和影响作出了贡献，都扩充和加深了科学精神，拓展了它的前途；而且，科学精神扩散和渗透到各个国家，可以为每一个乐于享用它的民族和个人所分享。但是，他也详细考察了科学精神的地域性，即不同的国家对它的贡献份额、时段或拥有它的侧重点可能有所不同，值得在此大书一笔。在19世纪，法国在头几十年是科学精神的故乡。人们偏爱以精确性见长的精密科学，创立了精致的分析方法和概率方法，致力于科学普及，把科学视为国民教育的基础和国家强大富裕的根本。拉普拉斯和居维叶就是精密科学精神的伟大代表人物。法国皇家和当局也以恢弘大度来保护科学研究，汲取外来人才，奖励无论法国的还是外国的研究，力图保持科学的探索精神以及它的（纯粹的和纯洁的）表现形式。德国的大学制度比任何别的东西更能表征德国人的心智，它不仅教授知识，而且首先教授研究。它的优越性在于精心制定了最宽泛的科学概念，规定了最高的、最一般的科学规准。当精密科学精神从法国和英国传入德国后，与其本土的古典历史精神和哲学精神结合起来。这不仅促使德国科学突飞猛进，而且也造就了德国颇有特色的科学精神。德国科学家崇尚研究的完整性和透彻性，很少是孤立的思想家，是教师又是哲学家。于是，发明和应用新精密方法的技艺的科学精密思想习惯或态度，钟爱细节以及向往完整和包罗无遗的知识的历史习惯或态度，对每一原理的局限性的意识的批判思想或态度，这三者在德国人那里完美地整合为一。追求真理和为知识而知识作为一项崇高而有价值的目标，成为德国大学教授和学生的共同毕生事业。如果说巴黎科学院奠定了近代科学方法的基础，德国大学令人瞩目地使这些方法得到广泛传播和实际应用的话，那么英国则先于两国产生了近代最伟大的科学楷模和科学精神。英国有两所独特的大型大学，科学精神也好，古典精神也好，哲学精神也好，都没有在那里占支配地位。在英国实行的是自由教育：既是心智也是性格的修养，既是智力也是实际的训练。在英国科学工作的伟大典范中，最强烈地显露出个人主义、天才的独立自主力量——要知道最高级的思想的进展将永远依赖于个人心智摆脱既定的习惯、现有的表达形式和既有体制而自由发展。这种个人主义和自然主义完美结合在一起，使科学家投入大自然的怀抱，从而形成了英国独特的博物学传统。另外在英国，由于科学精神是在旧有的实验哲学的传统中成长起来的，因此纯粹科学的俊彦和应用科学的实践家都得到了报偿，实际兴趣和理智冒险都是一种不可抵挡的诱惑。
萨力凡也注意到不同国家的科学精神的差异。他说，英法两国科学之不同与两国文化之区别一样显著。总括地说，英国的科学精神是直觉地活动的、不讲逻辑的，倾向于奇怪而实际的想像。法国的科学精神喜欢将复杂的实在物化简为少得不可再少的几项，再来建立一个无缺陷的、合乎逻辑的大厦。英国科学家信任逻辑远不如信任经验，法国科学家正好相反。法国派的主旨在于在简单的假设上进行公式的推演。英国派要使假设成为可实验的，并且随时能接受经验的指示。德国派似乎把许多精密仪器的任务集中在一些建设上，“哲学化”的趋向成为德国思想界的特征，科学也不例外。 托默则介绍了1840年代美国科学精英的科学精神：当时在美国成立了好些关于科学、医学和工程的全国性专业协会，这些组织鼓励它们的成员遵守一些贵族式的思维和行为准则，即坚持一种科学研究精神，而非新教徒模型或有用知识哲学一类平民化模式。这种精神迅速在这个国家发扬光大，它具有有别于其他自然观和科学观的几个价值：
它是世俗的，也就是说，不论目的还是方法都摆脱了宗教信仰。它是理性主义的，以一种实证主义的态度和采用诸如有条理的怀疑主义一类方法把关于自然界的知识归结为一些抽象的原理。它是自然主义的，要求用自然法则或者自然过程来解释自然现象。而且，它还提倡为科学而科学，其含义是，纯粹出于科学好奇心的事业可以与任何其他事业一样高尚，尽管非科学家不以为然。
不管怎样，科学精神的地域性差异只是起始时间、贡献份额和偏爱的重点不同，各个国家其实并无本质性的差异，更无根本性的缺失。随着时间的推移和交流的增加，它们便冲破狭隘的地域限制而走向世界，从而融合在一起，成为普适的。可见，科学精神的普适性是绝对的和永恒的，而地域性则是相对的和暂时的。
科学精神具有可变性与稳定性。科学精神伴随着科学进步和时代精神的发展而变化，这种变化在平时则是缓慢的，不易觉察的，表现出相当的稳定性。在近代和现代罕见的两次科学革命中，科学精神的变化才比较明显一些。巴切拉德指出，现代科学的革命性特征将对科学精神的结构产生深刻的影响。现在，说科学精神的结构的变化，恰恰是说知识具有历史的另一种方式。不过，他同时认为，科学精神尽管变化最深刻，但总是保持基本相同。原因在于数学在科学思维的真实作用受到普遍赞赏。 实际上，原因绝不像巴切拉德所说的这么简单的，还可以方便得列举出其他原因：比如科学精神高度的抽象性和涵盖性，它的较强的灵活性和包容性，观念层次的东西较大的惰性和时间延滞性等。
科学精神具有习得性与难获性。科学精神比较集中地汇集、提升和创造了人性中美好的东西，人人都可以习得。但是，它与习得科学知识、科学方法不同，并不是一个单纯的智力学习过程和技巧的把握过程，依靠记忆和模仿是不行的，而是要用“心”学习，用“心”体会。而且，获取科学精神并非一朝一夕就可一蹴而就、一劳永逸，只有在较长时间有意识和无意识的熏陶、浸淫过程中，才能逐渐比较全面、深刻地体悟和践行科学精神。
皮尔逊言之有理：“科学的心智习惯是人人均可习得的习惯，达到它的最现成的手段本应在人人力所能及的范围之内。”达到它的最佳途径是，仔细研究自然科学的某一分支。甚至从了解某一小范围内的自然事实的科学分类开始，即可得到不带偏见研究的方法和习惯。耐心而持续地学习某一自然科学分支，每周学习几小时，倘若认真地进行两三年，不仅能充分地对科学方法给以彻底的洞察，而且也能使人变成精心的观察者，乃至变成该领域里有独创性的研究者，从而给他的生活增添新的乐趣和新的热情。他还建议人们阅读“伟大的科学经典”，如达尔文的《物种起源》和《人类由来》、赖尔的《地质学原理》、亥姆霍兹的《音觉》或魏斯曼的《论遗传》等，以获得科学精神的训练。 任鸿隽指出，因为科学精神是“学人性理中事”，要习得它，不能采取“贩运”、“问学”、“摹拟仿效”之法。他说，科学缘附于物质而非物质，故不可以贩运得之也。科学受成于方法而非方法，故不可以问学得之也。他进而强调：
于斯二者之外，科学别有发生之源泉。此源泉也，不可学而不可不学。不可学者，以其为学人性理中事，非摹拟仿效所能为功；而不可不学者，舍此而言科学，是拔本而求木之茂，塞源而冀泉之流，不可得之数也。其物唯何，则科学精神是。
在这里需要说明的是：大凡科学家大都程度不等地拥有科学精神，甚至在某种意义上可以说，科学家是科学精神的集中体现者和代表者；但是，科学家并非天生地和自动地拥有科学精神，也有不具备科学精神的科学家——我们最好称其为“科学专家”——他们只不过有意、无意地按照科学的“范式”（库恩意义上的），从事一种与科学有关的职业罢了；还有一种科学专家是双重人格的人：他们在科学共同体中多少倒是按科学精神办事的——否则他们将一事无成——但是一到社会上，在他们的言行中科学精神就丧失殆尽。萨力凡揭橥了这种情况：科学精神并非科学家所特有，亦非科学家所必有和尽有，它不能被视为科学界的特有标识。科学家也是人，也有人所必有的劣根性。然而他也正确地承认，科学的客观标准与证明标准的确高于一切别界的标准。把科学精神当作一种工具，一种研究技艺，用于科学中，其价值的鲜明和采用的广泛，比在人类的任何别种活动中都大得多。 不过，我不同意作者把科学精神视为“一种工具”和“研究技艺”。科学精神远远超过“术”的层面，而属于“道”的范畴——科学的“形而上”和人性的的亮点。
像世界上的任何事物一样，科学精神本身也是不完善的，有局限性的，更不能让它走极端。萨顿洞察到：“科学精神无法控制它自身的应用。首先，这些应用经常生发在那些根本没有科学知识的人的手中；……不过即使是科学家，在受到一种强烈的激情支配时，也容易滥用他们的知识。科学精神自身必须由另一类力量——由宗教和道德——来帮助。总之，它必须既不骄傲自大，也不盛气凌人，因为像人类的所有其他事情一样，它本质上是不完善的。” 比如，创新冒险精神是一种可贵的科学精神，但是如果把它推向极端，不顾一切地一味追求新奇，就容易堕入迪昂所描绘的境况：“这种狂热的和闹哄哄的追求新奇观念的竞赛，打乱了整个物理学理论的领域，使它变成真正的混沌，在这里逻辑迷失了它的道路，常识惊恐地潜逃。”
萨顿已经表示，科学精神要由宗教和道德帮助。巴切拉德表明，为了新科学精神呈现出与新经济政策相同的构成价值，所需要的一切是一点社会生活，一点人的同情心。 这实际上是说：
科学精神要与人文精神相辅相成，协同作用，才能促进社会的和谐和人的自我完善，二者缺一不可。好在，科学与人文并非冰炭难同炉，科学精神与人文精神更非水火不相容。科学精神本身即是人文精神的重要构成要素，人文精神实际上也融入到科学精神之中。人的精神生命是科学精神与人文精神的总和，因此科学精神便成为人的生命的不可或缺的组成部分。就此而言，科学人不可无视科学精神没有完全涵盖的人文精神，人文人也不能缺失宝贵的科学精神，否则他们不仅难以在现代社会立足，而且自己的生命本身就不够完整——更不可能完善和完美。
里奇（A. D. Ritchie）一语中的：“科学精神是宽容、平等、热爱自由，因而是人道的。这一切是不容否认的。” 科学不仅是人道的，而且与善和美是相通的。因此，萨顿提出要求，一个真正的人文主义者必须理解科学的生命——科学精神。他说：“我们的知识本身必须是仁慈慷慨的，必须是美的，否则它就是不足取的。” 他极力呼吁：不能只了解科学的物质成就，而忽略科学的精神和内在美。真正的人文主义者必须像了解艺术和宗教的历程那样了解科学。 尤其是，新科学精神和新人文主义在气质和目标上是一致的，它们都隐含着聚焦于人的自由和全面发展。它们包括人日益意识到，作为各种形式的利己主义和狂热的反题是人类的不可分割的一部分和人的最高理想。在这一关联中，必须把日益增长的意义和与科学有关的人文主义概念联系起来，这强调反狂热和反独裁主义。新科学精神和新人文主义把过去与未来联结在一起，维护科学的创造性的自由和科学家对真理和人的负责态度。 布罗诺乌斯基还论及科学精神对人文精神的积极作用：
像从文艺复兴时生长的其他创造性活动一样，科学使我们的价值人文化。随着科学精神在他们中间传播，人要求自由、公正和尊严。今日的困境不是人的价值不能控制机械论的科学。它差不多是另外的方式：科学精神比政府的机构更人道。我们既不让宽容，也不让科学经验论进入地方范围的法则——而我们却是用这些法则规定国民的行为的——我们的行为像国家一样依附于自私自利的法典，而科学像人文一样早就把自私自利抛在后边。
现在，我们转而论述科学精神的功能。贝尔纳的一句话掷地有声：科学精神是“一份人们永远取之不尽的财富” 。希尔详尽地阐释了忽略科学精神的危险性：科学的首要目标并不是控制或利用，而是理解和方法。我们得到了科学的物质利益，而忽略了它的精神力量，尤其是科学精神的力量——这是极大的危险。要知道，技术仅仅是科学应用的一个方面，科学精神比科学的技术应用更深刻。自私自利、个人偏见、成见与科学精神不相容。在科学的眼界中，正是非个人的和客观的东西，未受世界怨恨的影响和奖赏的的左右。科学决不会把黑酝酿视为白，把坏看成好。暴政、专横或权术可以扭曲它的运用，但是最终不能改变它的进程，因为它把它的理想给予它的真正的追随者，因为它通过它的严密的训练使他们坚强起来。科学家不能摈弃科学精神，无论他漫游到人类活动的什么领域，他的智力工具都不会导致它离开正道。倘若他坚持他的毫不动摇的正直和诚实、不变的自我约束和剥去外表装饰的热情，以便洞见他所面临的问题的基本原则，那么他不会容许在他的判断中错得太远。在这种意义上，具有科学精神的科学研究者才配称科学家，许多职业科学家实际上是技术专家。
概括起来，科学精神的功能主要显现在四个方面。首先，它表现在科学精神对科学自身的重要性上。任鸿隽认为，研究科学者，常先精神，次方法，次分类。科学精神乃科学真诠，理当为首。 对此他解释道：“夫豫去其应用之宏与收效之巨，而终能发挥光大以成经纬世界之大学术，其必有物焉为之亭毒而蕴酿使之一发不可遏，盖可断言。其物为何?则科学精神是。于学术思想上求科学，而遗其精神，犹非能知科学之本者也。” 科学精神不仅使科学成为“大学术”，而且如巴切拉德所言，它也创造出理性的世界图像和世界图像中的理性：
