理科（science departments）是指形式科学与自然科学的统称。理科学科主要有：数学、逻辑学、信息学、计算机科学、系统科学、物理学、化学、生物学、地球科学、天文学。理科的诞生与发展是人类智慧发展的结果，标志着人类真正懂得了思考自然，因此理科的发展也是人类科学与自然思维发展的关键。

数学（mathematics，简称math）是研究数量、结构、变化以及空间模型等概念的一门学科。透过抽象化和逻辑推理的使用，由计数、计算、量度和对物体形状及运动的观察中产生。数学家们拓展这些概念，为了公式化新的猜想以及从合适选定的公理及定义中建立起严谨推导出的真理。

数学是人类对事物的抽象结构与模式进行严格描述的一种通用手段，所有的数学对象本质上都是人为定义的。从这个意义上，数学属于形式科学 ，而不是自然科学。

物理学（physics）是研究自然界的物质结构、相互作用和运动规律的自然科学。是一门以观察、实验为基础的自然科学。它的成果对于人类科学认识自然、破除迷信等都有积极意义。物理学的一个永恒主题是寻找各种序（orders）、对称性（symmetry）和对称破缺（symmetry-breaking）、守恒律（conservation laws）或不变性（invariance）。

实际的物理现象和物理规律一般都是十分复杂的，涉及到许多因素。舍弃次要因素，抓住主要因素，从而突出客观事物的本质特征，这就叫构建物理模型。物理学的精髓是为研究对象建立物理模型，通过数学工具研究模型，再对研究对象做出解释和预测。

物理模型（示意图）、物理公式（数学符号）、物理定律（文字叙述）、物理图像（两个物理量之间的函数图像）、物理解释（物理意义）构成了物理知识的基本表现形式，它们都是物理语言的重要组成部分。

化学（chemistry）是从原子、分子尺度研究物质的组成、结构、性质，以及变化规律的自然科学。

不同于研究尺度更小的粒子物理学与核物理学，化学研究的元素、化学键、分子、离子（团）的物理、化学性质，是与人类生存的宏观世界中物质和材料最为息息相关的微观自然规律。宇宙是由物质组成的，作为沟通微观与宏观物质世界的重要桥梁，化学是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一。

化学是一门历史悠久而又富有活力的学科，它的成就是社会文明的重要标志。

生物学（biology）是自然科学的一个门类，是研究生物的结构、功能、发生和发展的规律，以及生物与周围环境的关系等的科学。生物学源自博物学，经历了实验生物学、分子生物学而进入了系统生物学时期。

高中生物的主要分支包括：生物化学、分子生物学、细胞生物学、遗传学、胚胎学、神经生物学、免疫学、形态学、生态学、现代生物技术等。

地球科学（Earth science/geoscience），亦称地学，是指一切研究地球的科学，是行星科学的专门分支。它是研究地球表层各圈层相互作用关系，及其空间差异与变化过程的学科体系，主要包括地理学、地质学、 地球物理学、地球化学、大气科学、海洋学。

注意：地理学分自然地理学和人文地理学，自然地理学是理科，人文地理学是文科。

天文学（astronomy）是一门研究天体和现象的自然科学。感兴趣的物体包括行星、卫星、恒星、星云、星系和彗星。天文学是对地球大气层以外宇宙中一切事物的研究。这包括我们可以用肉眼看到的物体。天文学是最古老的科学之一。

早期文明的天文学家对夜空进行了有条不紊的观测，并且发现了更早时期的天文文物。天文学有两种类型：观测天文学和理论天文学。观测天文学侧重于获取和分析数据，主要使用物理学的基本原理，而理论天文学则面向开发计算机或分析模型来描述天文物体和现象。

这门学科是关于起源于地球大气层之外的天体和现象的科学。它涉及天体的演化、物理、化学、气象和运动，以及宇宙的形成和发展。

天文学包括对恒星、行星、彗星的检查、研究和建模。天文学家使用的大部分信息都是通过远程观测收集的，尽管已经进行了一些天体现象的实验室复制（例如星际介质的分子化学）。

天体特征和现象研究的起源可以追溯到古代，而这一领域的科学方法论开始于 17 世纪中叶。一个关键因素是伽利略引入了望远镜以更详细地检查夜空。

天文学的数学处理始于牛顿对天体力学和万有引力定律的发展，尽管它是由开普勒等天文学家的早期工作引发的。到 19 世纪，随着光谱仪和摄影等仪器的引入，以及大大改进的望远镜和专业天文台的建立，天文学已经发展成为正式的科学。