Особое место в ранней, да и в современной науке занимает математика, которая сложилась в VII-V веках до н. э. Имеется в виду скачок, переход от чисто прикладного обслуживания повседневной практики, накопления математических фактов, методов решения отдельных практических задач и т.д. к теоретической дедуктивной системе математических положений и доказательств. В результате сформировавшаяся теоретическая математика отдает решение практических задач прикладному математическому знанию. Прикладная античная математика, или логистика, тесно связана с повседневной практикой, у теоретической же математики такая связь отсутствует; она развивается самостоятельно и независимо от практических потребностей. Такое обособленное теоретическое развитие математического познания в эпоху ранней науки проявлялось также и в его слабой связи с наукой о природе, с естествознанием; известные образцы применения математики, математических средств для решения научных проблем (работы Архимеда в области теоретической механики, гидростатики, античная астрономия, деятельность Гроссетеса, Орема, применение калькуляторов в средние века, исследования Дж. Кардано, Гартальи в эпоху Возрождения и др.) не стали общепринятой нормой, методом, типичным для познавательной деятельности той эпохи.
Это объясняется, прежде всего, общей гносеологической и методологической установкой тогдашнего познания, требовавшей рассматривать математические положения как относящиеся главным образом к совершенному миру идеальных форм. И Платон, и Аристотель, при всех различиях в оценках математического знания, причисляют математику к теоретическим, изучающим высшие роды бытия наукам, ставят математику на иерархической лестнице наук ближе к первой философии – науке о божественном. Одним из основных принципов аристотелевой фишки господствовавшей вплоть до науки Нового времени, была установка только на качественный анализ, исследование природы без математики. Аристотель писал в "Метафизике", что математической точности и нужно требовать не для всех предметов, а лишь для нематериальных. Вот почему этот способ не подходит для рассуждений о природе, ибо вся природа, можно сказать, материальна. Невозможность применения математики к исследованию природы выводится Аристотелем также из представления о математике как науке, отвлекающейся от движения, изменения. По Аристотелю, математика изучает статические связи и отношения, поэтому физика не может использовать математику; физика как наука о природе изучает как раз изменение, движение, имеющие место в природе.
Успешное применение математики в античной астрономии для точного описания, вычисления движения планет, Солнца, Луны в целом не выходило за рамки общегносеологических представлений того времени о месте и предназначении математического знания. Сама астрономия рассматривается как часть математики (Птолемей назвал свой "Альмагест" математическим построением), областью приложения которой является особый надприродный, надлунный мир. Иными словами, астрономия как часть математики относится к божественным надлунным объектам, поэтому она ближе к первой философии, находящейся на вершине теоретического знания. Аналогичным образом, математические исследования в средние века использовались в соответствии с общей теоретической умозрительно-схоластической парадигмой, когда познание направляется отнюдь не на изучение природы (природа - не объект исследования, а предмет истолкования, она - знак божественного могущества), а главным образом на постижение божественного бытия или, в лучшем случае, так называемых скрытых качеств. Соответственно познание в целом, в том числе и математическое, согласно средневековой установке было подчинено этой высшей цели. Математические исследования за некоторым исключением вполне вписывались в общую картину преимущественно теоретического развития познания эпохи ранней науки.
Итак, ранняя наука характеризуется господством теоретического способа изучения действительности. Зачатки естественнонаучного познания интегрировались в системе умозрительного философского знания, где обосновывался приоритет теоретического знания. Существенный импульс развитию теоретического познания был сообщен математикой, разработавшей критерии, приемы, опыт точного, строгого доказательства. В то же время теоретическая математика развивалась в отрыве от познания природы, которое носило качественный, а не количественный характер. Математическое измерение, количественный анализ был ограничен применением в исследовании некоторых задач оптики, механики, гидравлики; широкое и систематическое использование математических средств в астрономии оправдывалось тем, что здесь изучался не земной, природный, а более высокий род бытия. В рамках обыденного познания был накоплен опыт эмпирического познания. Такого рода опыт, более или менее широко использовавшийся в философии, биологии, медицине и т.д., также носил качественный характер, основывался на некритическом доверии к полученным чувственным данным, здравому смыслу той эпохи, представлял, в сущности, пассивное созерцание, целиком подчиненное теории. Были разъединены математический, количественный анализ, измерение и исследование природы, теоретическое и эмпирическое познание, отсутствовал эксперимент в точном смысле это слова.