在西欧，人们通常把15～16世纪叫做“文艺复兴时期”。也就是说，这时古代文化复兴了。
欧洲在15～16世纪里，封建社会内部工商业逐渐发展起来，资本主义形式的手工工场逐渐形成。新兴的资产阶级要发展资本主义，发展生产，要改进生产工具、设备并提高其效率，那就需要自然科学，反对当时占统治地位的宗教神学，反对封建主义，开始从古代希腊罗马的文化中寻找有利的哲学和自然科学，打起“复兴古典文化”的旗帜，因而叫做文艺复兴。文艺复兴时期的一项重要成就是自然科学的兴起。
在这个时期里，天体望远镜、显微镜、温度计、湿度计、水银气压计等相继出现，为人们揭开许多前所未见的自然奥秘，为人们进行科学实验和建立近代自然科学提供了实验研究的工具。
1492年，出生在意大利、先后移居至葡萄牙和西班牙的航海家哥伦布（C。Colombo，约1451～1506）到达美洲，发现了新大陆。6年后葡萄牙人绕过非洲，开辟了通往印度的航路。到16世纪初，第一次环球旅行获得成功。所有这些成就的获得都和指南针的采用、造船术和航海术的改善以及地理学和天文学的发展分不开的。
这些航海活动打开了人们的眼界，促使人们不再停留在中古时期宗教束缚的有限资料和各种荒谬的观点上，开始对大自然进行直接的观察，促进了文化的复兴。
文艺复兴时期最重要的科学发现，就是当时打击宗教神学最厉害的波兰天文学家哥白尼（N。Copernicus，1473～1543）的太阳中心说。哥白尼从1506年起建立观测台，自制仪器，经过反复观测和计算，到1543年发表了《天体运行论》，创立了太阳系学说，提出地球和其他行星都以太阳为中心不停地运转，打破了地球中心说。
地球中心说是公元2世纪埃及天文学家托勒密（Ptolemy）提出来的，他认为宇宙的中心是地球，太阳、月亮等行星依次围绕着地球旋转。这一学说被宗教利用。宗教宣扬上帝按照自己的形象创造了人，并且把人放在宇宙的中心——地球上，上帝让太阳、月亮、星星绕着地球转，给了人们白昼和夜晚的光明。因此一千多年来地球中心说成为“绝对权威”，谁要反对它就要受到迫害和惩罚。于是《天体运行论》被列为禁书，教皇下令指责太阳中心说是“邪说”。
但是，科学家们却不顾宗教禁令，继续研究和发展哥白尼的学说。德国天文学家开普勒（J。Kepler，1571～1630）继承哥白尼思想，阐述了行星绕太阳旋转的基本规律。意大利物理学家伽利略（G。Galileo，1564～1642）进一步发现了许多天体运动的规律，尽管天主教会用严刑拷打和焚毁他的手稿等相威胁，要他放弃对哥白尼学说的信念，伽利略虽然被迫签了字，但还宣称：“反正地球还是在转动的。”真理在唯物论和科学这一边，而不在唯心论和宗教那一边。
文艺复兴时期著名的意大利唯物论哲学家布鲁诺（G。Bruno，1548～1600），因接受并发展了哥白尼的太阳中心说，宣传唯物主义世界观，提倡古代的原子说，被宗教裁判所活活烧死在长满鲜花的广场上。
但是，社会进步的步伐是谁也阻止不了的，资本主义代替了封建主义，进步的思想也终于冲破了宗教的束缚，唯物论和科学技术蓬勃地兴起。
新兴的资产阶级的哲学思想以实验获得的自然科学成果为依据，要求对客观世界进行观察和用实验去认识世界。英国哲学家培根（F。Bacon，1561～1626）大声疾呼，运用实验的方法去认识自然界！在他的著作《新工具》中写道：“科学是实验的科学，科学就在于用理性的方法去整理感性材料。归纳、分析、比较、观察和实验是理性方法的主要条件。”他提出了“知识就是力量”的口号。
在生产实践需求的推动下，在自然科学向宗教神学进行斗争的鼓动下，在新的唯物主义哲学思想的影响下，近代科学实验蓬勃地兴起。至17世纪，欧洲各国纷纷建立科学团体、科学院，提倡科学实验，追求科学真理。1665年在英国建立皇家学会后，意大利的佛罗伦萨、法国的巴黎、奥地利的维也纳相继成立科学院。大量有识之士纷纷投入科学实验中，创造各种化学仪器，在自己的住宅庭院里建立起化学实验室，在公共场所表演化学实验。
英国牧师黑尔斯（S。Hales，1677～1761）创造了排水和排汞取气法。
荷兰药物商人基普（P。J。Kipp，1808～1864）发明了气体发生器，为制取、收集和研究气体创造了条件。瑞典化学家贝齐里乌斯（J。J。Berzelius，1779～1848）为了取得合适的滤纸，从造纸厂订购了一种特殊的纸，是用很长的纤维并且是在冬天制作的，让它在湿润的情况下经冷冻处理，使孔隙膨胀，从而改善了过滤效能。他还指出：漏斗的锥角为60°时过滤最快，并且过滤时滤纸不能高出漏斗，滤液不能高出滤纸边缘。他用的天平的灵敏度已达到1毫克。
有识人士之中还有英国贵族玻意耳（R。Boyle，1627～1691）、英国乡村教师道尔顿（J。Dalton，1766～1844）、法国律师拉瓦锡（A。L。Lavoisier，1743～1794）、瑞典药剂师舍勒（K。W。Scheele，1742～1786）、英国牧师普利斯特里（J。Priestley，1733～1804）、英国一位医生的学徒戴维（H。Davy，1778～1829）、英国书籍装订工人法拉第（M。Faraday，1791～1867）等，他们都没有接受过正规的化学教育，都是在进行各项化学实验中有所发现或有所发明而成为化学家的。
这些科学实验与古代劳动人民、炼金和炼丹术士们、古医药化学家们的实践是有区别的，虽然同样都取得了一些物质，发现了一些物质的物理、化学性能，但不是单纯为了寻找它们、应用它们，而是在探索、研究它们，并且在实验中进行观测，对实验的结果进行推理，提出假说和理论，在学术团体中报告，交付科学院讨论、鉴定。
于是，促使化学与物理学科分家，从自然哲学中脱颖而出，成为一门独立的科学。从此，化学不再是单纯的生产实践，不再是诡秘的炼金术或炼丹术，不再是单一的医药化学，而是有理论、有实践的一门独立科学，并且在持续不断的化学实验中成长。
至19世纪，由于实验中发现的化合物逐渐增多，化合物被分为无机化合物和有机化合物。有机化合物是指碳、氢化合物和它们的衍生物。衍生物是指一种化合物分子中的原子或原子团被其他原子或原子团取代而衍生的产物，例如乙烷（C2H6）分子中有一个氢原子被原子团—OH取代而衍生成乙醇（C2H5OH）。C2H6是有机化合物，C2H5OH也是有机化合物。非有机化合物即是无机化合物。研究有机化合物的化学就是有机化学，研究无机化合物的化学就是无机化学。
同一时期里，随着化学实验的发展和工业生产的需求，分析化学独立作为化学的又一个分支学科出现。分析化学又可分为定性分析化学和定量分析化学。
19世纪末、20世纪初，物理学中出现了一系列的新发现，经典物理学受到冲击，化学得到发展而步入现代化学。
1895年德国物理学家伦琴（W。C。Rontgen，1845～1923）发现X射线。
1896年法国物理学家贝克雷尔（A。H。Becquerel，1852～1908）发现铀能自发地放射射线。
1897年英国物理学家汤姆生（J。J。Thomson，1856～1940）发现电子。
1898年波兰出生的法国物理学家居里夫人（M。S。Curie，1867～1934）发现物质的放射性。
在诸多科学家的努力下，逐渐揭开了原子内部的奥秘，创立了崭新的测定物质结构的多种物理方法，促进化学向微观、理论、定量的方向发展。
此外，一些与物理、化学领域相近的边缘学科，如物理化学、生物化学、高分子化学、环境化学、地球化学、海洋化学等先后出现，使化学科学进入了更专门的研究领域。