在《自然辩证法》一书中，恩格斯以战斗唯物主义精神，总结了自然科学所取得的重大成就，特别是19世纪三大发现的伟大意义。他把发现能量守恒和转化规律的1842年称作“划时代的一年”。他说，反映了物理学巨大进步的能量守恒和转化规律，是由三个不同的人几乎同时总结出来的，“迈尔在海尔布朗，焦耳在曼彻斯特，都证明了从热到机械力和机械力到热的转化。同时，格罗夫——不是职业的自然科学家，而是英国的一个律师——仅仅由于整理了物理学上已经达到的各种结果，就证明了这样一件事实：一切所谓物理力，即机械力、热、光、电、磁，甚至所谓化学力，在一定的条件下都可以互相转化，而不发生任何力的损耗；”[12]对于细胞学说的发现及其科学意义，恩格斯也作了深刻的论述，指出：“有了这个发现，有机的有生命的自然产物的研究——比较解剖学、生理学和胚胎学——才获得了巩固的基础。机体产生、成长和构造的秘密被揭开了，这个过程是依据一切多细胞的机体本质上所共同的规律进行的。”[13]恩格斯十分钦佩那些在人类认识自然的历史上作出卓越贡献的科学家，高度评价他们为真理而献身的革命精神，热烈赞扬16世纪波兰天文学家、太阳中心说创立者哥白尼，指出正是这位伟大的天文学家，用自己不朽的著作《天体运行论》向自然事物方面的教会权威挑战，打破中世纪教会的专横，宣布自然科学的独立，把自然科学从神学中解放出来，为科学事业的大踏步发展开拓了道路。
哲学和自然科学有着密切的联系。自然科学为哲学发展提供科学基础，哲学为研究自然科学提供指导思想。在《自然辩证法》中，恩格斯指出，自古以来，哲学和自然科学都是携手并进的。古代朴素的辩证法自然观，反映了当时自然科学的发展水平。欧洲文艺复兴时期以来大多数科学部门处在收集材料阶段的状况，又为形而上学自然观代替古代朴素辩证法自然观提供了条件。从18世纪下半期开始，自然科学已经从收集和积累材料阶段发展到整理和归纳材料阶段。在这种情况下，把自然界看做孤立、静止、僵死的形而上学自然观，已经严重妨碍自然科学的发展。近代自然科学的进一步发展，要求用辩证唯物主义自然观代替形而上学。19世纪自然科学的三大发现，使辩证唯物主义自然观的“基本点完备了，一切僵硬的东西溶化了，一切固定的东西消散了，一切被当做永久存在的特殊东西变成了转瞬即逝的东西，整个自然界被证明是在永恒的流动和循环中运动着。”[14]恩格斯号召自然科学家从形而上学自然观的束缚下解脱出来，自觉学习和掌握辩证唯物主义自然观。只有用辩证思维代替形而上学，才能使自然科学在已有成就基础上继续发展。
《自然辩证法》一书，比较集中地阐述了马克思主义的辩证法思想。恩格斯指出，辩证法是关于一切运动的最普遍的规律的科学。这就是说，辩证法不仅是联系的科学，而且是关于运动、变化、发展规律的科学。辩证法规律无论对自然界和人类历史的运动，或者对思维的运动，都是同样适用的。这些规律实质上可以归结为：量转化为质和质转化为量的规律；对立的相互渗透的规律；否定之否定规律。恩格斯还把辩证法区分为客观辩证法和主观辩证法。前者指自然和社会发展的辩证法；后者指客观辩证法在思维中的反映，即辩证思维。他一再强调，主观和客观必须统一，“我们的主观的思维和客观的世界服从于同样的规律，因而两者在自己的结果中不能互相矛盾，而必须彼此一致，这个事实绝对地统治着我们的整个理论思维。它是我们的理论思维的不自觉的和无条件的前提。”[15]因此，不论研究自然科学或历史科学，都必须从既有的事实出发。他还从对立统一观点出发，深入探讨了同和差异、必然性和偶然性、原因和结果等辩证法的重要范畴，阐述了有限和无限的辩证关系，指出：一方面，人们能够认识和掌握自然规律，不可知论完全没有根据；另一方面，自然界是无限发展的，人类的认识只能逐渐接近它而不能穷尽它。这就是说：“无限的东西既可以认识，又不可以认识，而这是我们所需要的一切。”[16]
恩格斯在《自然辩证法》中，通过总结自然科学的最新成就，全面、深刻地论述了物质运动的形式及其发展规律。他认为，“运动，就最一般的意义来说，就它被理解为存在的方式，被理解为物质的固有属性来说，它包括宇宙中发生的一切变化和过程，从单纯的位置移动起直到思维。”[17]在1873年5月30日给马克思的信中，他初步阐述了关于物质运动形式的思想，指出物体只有在运动中才显示出它是什么；对运动的各种形式的认识，就是对物体的认识。所以，对这些不同的运动形式的探讨，就是自然科学的主要对象。在《自然辩证法》中，他根据当时的科学发展水平，把物质运动分为机械运动、物理运动、化学运动、生物运动和社会运动等基本运动形式。每一种运动形式都有其特殊的本质及其物质承担者。从机械运动到社会运动，是一个从低级形式到高级形式的发展过程；运动既不能创造，也不能消灭；各种运动形式可以互相转化，高级形式的运动包括低级形式的运动，但高级运动形式不能简单地归结为低级运动形式。他特别强调，运动是物质的存在形式。物质和运动是不能脱离的。世界上既没有不运动的物质，也没有无物质的运动。任何割裂物质与运动的理论都是错误的。
恩格斯在人类认识史上第一次科学地揭示了生命的本质和起源，指出“生命是蛋白体的存在方式，这个存在方式的基本因素在于和它周围的外部自然界的不断地新陈代谢。而且这种新陈代谢一停止，生命就随之停止，结果便是蛋白质的分解”[18]。他预言，如果有一天能够成功地用化学方式制造蛋白体，那么它们一定会显示生命现象，进行新陈代谢。这个预言，已经被现代科学的发展所证实。
恩格斯认为，整个自然界都处于永恒的运动之中，都按照自然界固有的规律发生、发展、变化。人类居住的地球并不是永恒不变的。它经历了从机械运动、物理运动、化学运动到生命运动的漫长发展过程，最后出现了能思维和能劳动的人类。这是千百万年发展过程的结果。其他星球只要具备一定条件，也会经历同样的发展过程。
人类是怎样起源的？人类社会是怎样产生的？恩格斯在《自然辩证法》中作了唯物主义的回答。从18世纪以来，欧洲一些自然科学家就提出人类是由猿变化而来的思想。达尔文的生物进化论为这种思想提供了理论依据。英国科学家赫胥黎在1863年出版的《人类在自然界的位置》一书中，深刻论述了人、猿同祖的观点。他在反对教会的责难、为自己的观点辩护时说：“人类没有理由因为他的祖先是猴子而感到羞耻。与真理背道而驰才是真正的羞耻。”自此，人类是从猿猴进化而来的观点，逐渐为更多的人所接受。这是对“上帝造人”的有力驳斥。
但是，猿是怎样转变为人的？在这个转变过程中是什么因素起着决定作用？无论达尔文或达尔文学派最富有唯物精神的科学家都未能作出正确的回答。这个问题是由马克思、恩格斯解决的。马克思在《1844年经济学哲学手稿》中，就已经肯定了劳动是人的本质，是人和动物的根本区别。恩格斯在《自然辩证法》中，明确提出了劳动“是整个人类生活的第一个基本条件，而且达到这样的程度，以致我们在某种意义上不得不说：劳动创造了人本身。”[19]恩格斯详细论述了从猿到人的转变过程，指出能够制造工具的手不仅是劳动的器官，也是劳动的产物。劳动创造了人，同时也创造了人与人的社会交往与联系，于是产生了语言。劳动的发展和语言的产生，是促进猿脑变为人脑的主要推动力。恩格斯把人类与其他动物作了全面的对比，得出结论说：动物仅仅利用外部自然界，而人则能够改变自然界，支配自然界，使自然界为自己的目的服务。这便是人同其他动物的最后的本质区别，而造成这一区别的还是劳动。
随着人类的出现，人类社会也诞生了。因此，劳动不仅创造了人，而且创造了人类社会。
恩格斯的论述，科学地解决了从猿到人转变过程的决定因素和人与其他动物的根本区别，是对唯物主义历史观的重大贡献。
自从恩格斯写作《自然辩证法》以来，自然科学有了极大的发展。毋庸讳言，《自然辩证法》一书使用的某些材料，不能不受到当时自然科学发展水平的限制；但贯串全书的既是辩证又是唯物主义的思想，是马克思主义科学世界观的重要组成部分，是指导自然科学研究的唯一正确的理论和方法。
三、完成马克思未完成的工作
1884年3-5月，恩格斯根据大量历史和政治材料，主要根据美国人类学和原始社会史学家路易斯·亨·摩尔根的《古代社会》，写成了《家庭、私有制和国家的起源》。在这部被列宁誉为“现代社会主义主要著作之一”的书里，恩格斯运用历史唯物主义原理，深入研究了原始共产主义社会的基本特征，阐明了婚姻，家庭与经济发展的密切关系，论述了私有制、阶级产生的原因和过程，揭示了国家的阶级实质，批判了资产阶级和机会主义者在国家问题上的种种谬论，用无可辩驳的事实再次证明，人类社会是从低级向高级发展的有规律的过程。
恩格斯写作《家庭、私有制和国家的起源》，是为了执行马克思的遗言，完成亡友未能完成的工作。早在40年代，马克思、恩格斯就对原始社会史发生兴趣。在《德意志意识形态》中，他们曾经探讨过原始社会所有制结构与社会结构问题。当时研究原始社会的材料极其缺乏，人们对于社会的史前状况几乎一无所知，还不具备系统研究的条件。1877年，摩尔根《古代社会》一书出版。作者根据自己在美国印第安人部落中长期调查研究所获得的大量第一手资料，论述了人类早期的婚姻、家庭和社会组织的状况，以自己的方式，“重新发现了四十年前马克思所发现的唯物主义历史观，并且以此为指导，在把野蛮时代和文明时代加以对比的时候，在主要点上得出了与马克思相同的结果。”[20]作者关于母权制氏族的重新发现，对于原始历史的意义，正如达尔文的进化论对于生物学和马克思的剩余价值理论对于政治经济学的意义一样重大。马克思对这部著作十分重视，进行了认真的研究，写下了十分详细的摘要，在许多地方作了重要的批注。当时他打算撰写一部著作，介绍摩尔根的研究成果，评述摩尔根科学发现的重大意义。可惜来不及完成这项工作就去世了。恩格斯在整理马克思的遗稿时，发现马克思就《古代社会》一书所写的摘要和评注，产生了完成亡友未能完成的工作的想法。1884年2月16日，他写信对考茨基说：“假如我有时间，我倒想利用马克思的札记来把这些材料加工，为《社会民主党人报》的杂文栏或《新时代》写点东西。”[21]由于许多紧迫的工作需要及时处理，暂时不能从事这项工作。一个月后，他决定把其他工作搁一下，集中力量完成这项“有特殊的重要性”的工作。[22]
恩格斯写作《家庭、私有制和国家的起源》，也是为了用唯物主义历史观研究古代社会，进一步阐明人类社会各个发展阶段共同遵循的规律。在《反杜林论》中，恩格斯明确指出，马克思主义政治经济学是广义政治经济学。它不仅研究人类社会一定阶段的生产关系，而且研究人类社会各个发展阶段的生产关系以及人类社会从低级向高级的发展规律。为了建立广义政治经济学的科学体系，马克思在创作《资本论》时，写了《资本主义生产以前的所有制形态》；恩格斯先后写了《论日耳曼人的古代历史》、《法兰克时代》、《马尔克》等手稿。摩尔根《古代社会》一书，为恩格斯关于原始社会史的研究工作“提供了前所未有的事实根据”。只要充分利用摩尔根的发现，用唯物主义历史观加以批判地探讨，就可以填补古代历史研究方面的空白，阐明原始社会的基本特征，揭示从原始社会到资本主义社会以及共产主义社会的发展规律，用新的研究成果进一步阐明唯物主义历史观的普遍意义。