应该承认，尽管科学知识的领域已无比广阔，但也必然还会给各种信仰留下一定的空间。这在很大程度上并不是由于人类科学知识的不足和不广，而是由于科学知识本身的局限性。人类掌握的科学知识都是已知的，面对的挑战却是前所未有的；科学知识是不断更新和扩展的，人们很难全面及时地把握所有最新科学知识；许多知识还会不断过时，有些知识会有片面性甚至错误。所以，掌握了具体的科学知识并不能保证我们运用科学的眼光来理解自然和社会。因此，为了迎接未来的挑战和探索未知的领域，就要超越科学知识的局限性，理解科学的精神。
科学精神的第一要素是怀疑的意识。这是科学和信仰的根本区别。信仰中不能包容怀疑，如果产生怀疑，信仰就开始动摇了。反过来，科学不能排除怀疑，排除了怀疑，科学就接近信仰了。当然，科学知识的积累不可能完全排除信仰，却应该能够不断消除迷信。
科学研究中，人们把可重复性实验作为重要的标准，以确认科学的发现和科学的理论，也借此把科学理论同科学假说、科学猜想以及伪科学区分开来。不能由重复性观测验证的事实，就不能作为科学的事实；不能由重复性实验证明的理论，也不能成为科学的理论，而只能是科学的假说、科学的猜想或者被排除在科学之外。这表明科学精神的基点就是怀疑。如果没有怀疑的意识，就不需要可重复性的观测和实验了。科学的假说和猜想是从已有的科学知识和科学理论出发做出的推论，但如果没有得到可重复性实验的证明，或者是可重复观测事实的支持，始终会受到其它假说和猜想的挑战。科学史上的日心说、离子理论、相对论等许多理论，在提出时并没有立即取得科学界的共识和得到人们的广泛认同，这并不完全意味着同时代科学家们和社会公众的保守，而更多的是由于科学的理性需要重复性观测的事实或重复性实验来支持。尽管科学史上不乏用偏见和恶意对待新学说的例子，但如果新学说一旦提出，不需检验就要获得承认，那就肯定不是科学，而是信仰、信念、主张、意见或者迷信和伪科学了。
科学精神的第二要素是批判的理性。如果说怀疑是科学精神的出发点，批判的理性就是科学精神的主要体现。科学如果从怀疑的意识出发而没有批判的理性，那就将没有收获。或者成为怀疑论哲学的奴仆，或者成为认同权威的理论侏儒。
科学精神中批判的理性，本质上是一种反思和超越，而不是简单否定，也不是彻底否定，因为被理性批判的对象本身不但是一个基础，也是一个目标。没有理性的批判会使我们全盘接受先人或别人的知识和经验，并不自觉地把这些知识和经验作为固定或普遍的规范，放弃自己的独立探索，这就会失去纠正前人和他人错误的理论视野，在实际生活中往往会导致在面对新问题时削足适履，在新领域里走入误区。由于科学是通过发展来面对无限的，所以它的批判理性总是“喜新厌旧”的，这和以信仰来面对“终极问题”的宗教不同。从科学发展的历史看，伽利略对亚里士多德的超越，爱因斯坦对牛顿的超越，非线性科学对线性科学的超越，无不是以批判的理论为主导、以新学说超越或取代旧学说的。
科学精神的第三要素是谦恭的态度。在科学研究未知和探索未来的活动中，研究的主体如果只有怀疑意识和批判理性而没有谦恭的态度，最后就会走向独断，走向偏执，走向科学至上主义和科学万能论，从而使公众眼里的科学变成一种不断变换内容的“知识宗教”。这就会使科学丧失其人文主义的价值，从而给反科学思潮留下应有的文化空间和存在理由。
科学是人类探索自然奥秘的活动，由于自然奥秘的无穷性，这种探索的过程只能是一条从奥秘出发又消失在奥秘中的不归路，它从已知的港口出发而消失在未知的大海里。另外，由于自然的奥秘是多层次的，已知的东西里也包含着未知的成分。科学要意识到自然的这种本性和科学自身的特性，不排斥异见，不以绝对真理自居，有开明和包容的品格。在这个意义上，科学和民主也是相通的。更为重要的是，科学的这种包容并不排斥其怀疑意识和批判理性。信仰要求人在面对神时要有谦卑的态度，谦卑就不能有怀疑和批判。科学的谦恭不同于信仰的谦卑，就在于其不排斥怀疑和批判。科学的谦恭也不同于谦虚，谦虚只是追求科学知识的态度，其中并不要求怀疑的意识和批判的理性，怀疑的意识和批判的理性还可能排斥某些知识。谦恭中所蕴含的怀疑意识和批判理性表现为科学的自尊、自省和自律，在科学发展中体现为不但能够自由和自主地发表自己的见解，而且还能够自觉地充分尊重不同见解发表和坚持的权利，更体现为科学家在科学争论方面对对方人格的尊重和对异论的宽容。
科学探索中的谦恭态度还有一个最根本的认识论前提，那就是任何人都不是完美的。都是会犯错误的。而科学作为人探索自然界未解之谜的活动，不能排除错误和失误的可能性，科学家经常是在试错的情况下向正确的方向推进的。正因为如此，谦恭可以不让科学研究者在考察未知和探索未来的活动中走向信仰的目标或主观认定的单一方向，从而能够沿着从实际出发和不断调整具体目标的道路来接近不明确的未知世界和半明半暗的未来目标。而且，由于科学成果一旦产生，在应用于社会之后，常常会产生科学家没有料到或无力控制的负面效应。这就要求科学家自觉地承担一种社会责任，自愿地接受社会对科学活动的评价甚至选择。在这方面，更需要有谦恭的态度。
科学史表明，科学最先靠怀疑意识从原始的宗教、神话和迷信中独立出来，近代以来主要是靠张扬批判的理性而获得革命性突被，现代科学在面对全球和全人类性质的挑战以及更广缈的未知世界时才清楚地看到了自身的人文基础和文化定位。科学的精神今天就包含在人文的精神之内，当代的人文精神也绝对不能缺少科学的精神。科学精神的一面是怀疑的意识和批判的理性，另一面就是研究者在探索未知和未来时所具有的谦恭态度。它们是一只手的手心和手背，是一个天平的两端。在科学精神的天平上，我们不能完全偏向任何一边，而要努力在两个极端之间保持平衡和必要的张力。这可能就是科学精神本身所体现的哲理，也是科学自身所包含的深刻人文意蕴。
