アリストテレスの師プラトンは、対話によって真実を追究していく問答法を哲学の唯一の方法論としたが、アリストテレスは経験的事象を元に演繹的に真実を導き出す分析論を重視した。このような手法は論理学として三段論法などの形で体系化された。

アリストテレスの死去した後、かれの論理学の成果は『オルガノン』 (Organon) 6巻として集大成され、これを元に中世の学徒が論理学の研究を行った。
自然学（第二哲学）「形相」および「質料」も参照

アリストテレスによる自然学に関する論述は、物理学、天文学、気象学、動物学、植物学等多岐にわたる。

プラトンは「イデア」こそが真の実在であるとした（実在形相説）が、アリストテレスは、可感的かつ形相が質料と不可分に結合した「個物」こそが基本的実在（第一実体）であり、それらに適応される「類の概念」を第二実体とした（個物形相説）。さまざまな物体の特性を決定づけているのは、「温」と「冷」、「乾」と「湿」の対立する性質の組み合わせであり、これらの基礎には火・空気・水・土の四大元素が想定されている。これはエンペドクレスの4元素論を基礎としているが、より現実事象、感覚知見に根ざしたものとなっている。

アリストテレスの宇宙論は、同心円による諸球状の階層的重なりの無限大的な天球構造をしたものとして論じている。世界の中心に地球があり、その外側に月、水星、金星、太陽、その他の惑星らの運行域にそれぞれ割り当てられた各層天球があるとした構成を呈示する。これらの天球層は、前述の4元素とは異なる完全元素である第5元素「アイテール」（エーテル）に帰属する元素から成るとする。そして「その天球アイテール」中に存在するがゆえに、太陽を含めたそれらの諸天体（諸惑星）は、それぞれの天球内上を永遠に円運動しているとした。加えてそれらの天外層の上には、さらに無数の星々、いわゆる諸々の恒星が張り付いている別の天球があり、他の諸天球に被いかぶさるかたちで周回転運動をしている。さらにまた、その最上位なる天外層上には「不動の動者」である世界全体に関わる「第一動者」が存在し、すべての運動の究極の原因（者）がまさにそれであるとする。（これは総じて、アリストテレスの天界宇宙論ともなるが、あとに続く『形而上学』（自然学の後の書）においては、その「第一動者」を 彼は、「神」とも呼んでいる。）

アリストテレスの自然学研究の中で最も顕著な成果を上げているのは生物学、特に動物学の研究である。生物学では、自然発生説をとっている[3]。その研究の特徴は系統的かつ網羅的な経験事実の収集である。数百種にわたる生物を詳細に観察し、かなり多くの種の解剖にも着手している。特に、海洋に生息する生物の記述は詳細なものである。また、鶏の受精卵に穴を空け、発生の過程を詳しく観察している。一切の生物はプシュケー（希: ψυχη、和訳では霊魂とする）を有しており、これを以て無生物と区別されるとした。この場合のプシュケーは生物の形相であり（『ペリ・プシュケース』第2巻第1章）、栄養摂取能力、感覚能力、運動能力、思考能力によって規定される（『ペリ・プシュケース』第2巻第2章）。また、感覚と運動能力をもつ生物を動物、もたない生物を植物に二分する生物の分類法を提示している（ただし、『動物誌』第6巻第1章では、植物と動物の中間にいるような生物の存在を示唆している）。

さらに、人間は理性（作用する理性〔ヌース・ポイエーティコン〕、受動理性〔ヌース・パテーティコン〕）によって現象を認識するので、他の動物とは区別される、としている。
二元的宇宙像について

アリストテレス自然学では、月下の世界は土・水・空気・火の四元素より成り、それらは相互に移り変わることが可能としている。この月より下の常に転化して生成・変化・消滅を繰り返す世界は「地上界」と呼ばれる。それに対して月とそれより先のエーテルよりなる世界では決して転化することがなく、生成や消滅は見られない。この不変の世界は「天上界」と呼ばれる。アリストテレスはそれぞれの世界は別な法則に従っていると考えた。この考え方は二元的宇宙像（論）と呼ばれている[9]。

このアリストテレスによる二元的宇宙像は、バビロニアでの日食や月食などの現象が「地上の物体に作用する」という考え方と結びついて、「地上界の出来事には必然的に天上界が作用している」という考え方の基本となった。月齢による海の干満や曇りの日でも花が太陽の方向を向く植物などから、当時の人々から見ればこれは当然であった[10]。この考えは、地上界の出来事の原因を天上界（つまり星の動き）に求める占星術（学）が隆盛するもとともなった。プトレマイオスはこの法則性を綿密に探るために彼の著書「アルマゲスト」で、将来の惑星の動きを（誤差は大きかったが）計算して予測できる宇宙モデルを初めて構築した。そして著書「テトラビブロス」では、天上界が及ぼす地上界への影響の法則性を探ろうとした。これは実証学的な学問だった。

ところが、占星術は天上界による地上界への影響がはっきりしないまま、星の動きを「未来を指し示す予兆」と捉える星占い（ホロスコープ）として、幅広く民衆に広がっていった[10]。他方、この人々に広がった星占いは、12世紀以降にエフェメリス（天体暦）やアルマナック（生活暦）という惑星を含む天体の正確な運行という強い需要を喚起し、後に天文学が発展する動機ともなった[11]。

天上界が及ぼす地上界への影響の法則性を探ろうとした例として、16世紀のデンマークの天文学者チコ・ブラーエがある。彼は占星学の研究者でもあり、彼が精巧な天文観測装置を作った動機の一つとして、天上界の地上界への影響の法則を正確に捉えられないのは観測精度が足らないと考えたことがある[11]。そして天上界が及ぼす地上界への影響が最も現れるものの一つとして気象を取り上げた。彼は天文観測しながら1582年の10月から1597年の4月まで、15年間にわたってヴェーン島で気象観測の記録を残している。これは占星気象学の検証のためと思われている[11]。

ヨハネス・ケプラーは占星術者としても有名であり、彼の著書『調停者』でも1592 年から1609年までの16 年間にわたって気象観測を継続して、その間に観測された星相と天候異常の関係の実例をいくつも記している[11]。また著書『調和』の中でも「ひたすら天候を観察し、そういう天候を引き起こす星相の考察をしたかからであった。すなわち、惑星が合になるか、一般に占星術師が弘布した星相になると、そのたびに決まって大気の状態が乱れるのを私は認めてきた。」と述べている[11]。

この「天上界」と「地上界」という考え方が終焉するのは、ニュートンによる万有引力の法則の発見によってである。この法則によって天上界と地上界とに同じ法則が適用できることがわかった。この法則は天上界と地上界の区別を消し去り、これを彼は万有引力（universal gravitation）と名付けた。

このようにアリストテレスの二元的宇宙像は、後世に大きな影響を与えた。
形而上学（第一哲学）
原因について

アリストテレスの師プラトンは、感覚界を超越したイデアが個物から離れて実在するというイデア論を唱えたが、アリストテレスはイデア論を批判して、個物に内在するエイドス（形相）とヒュレー（質料）の概念を提唱した。

また、アリストテレスは、世界に生起する現象の原因には「質料因」と「形相因」があるとし、後者をさらに「動力因（作用因）」、「形相因」、「目的因」の3つに分けて、都合4つの原因（アイティア aitia）があるとした（四原因説）（『形而上学』A巻『自然学』第2巻第3章等）。

事物が何でできているかが「質料因」、そのものの実体であり本質であるのが「形相因」、運動や変化を引き起こす始源（アルケー・キネーセオース）は「動力因」（ト・ディア・ティ）、そして、それが目指している終局（ト・テロス）が「目的因」（ト・フー・ヘネカ）である。存在者を動態的に見たとき、潜在的には可能であるものが、素材としての可能態（デュナミス）であり、それと、すでに生成したもので思考が具体化した現実態（エネルゲイア）とを区別した。

万物が可能態から現実態への生成のうちにあり、質料をもたない純粋形相として最高の現実性を備えたものは、「神」（不動の動者）と呼ばれる。イブン・スィーナーら中世のイスラム哲学者・神学者や、トマス・アクィナス等の中世のキリスト教神学者は、この「神」概念に影響を受け、彼らの宗教（キリスト教・イスラム教）の神（ヤハウェ・アッラーフ）と同一視した。
範疇論

アリストテレスは、述語（AはBであるというときのBにあたる）の種類を、範疇として下記のように区分する。すなわち「実体」「性質」「量」「関係」「能動」「受動」「場所」「時間」「姿勢」「所有」（『カテゴリー論』第4章）。ここでいう「実体」は普遍者であって、種や類をあらわし、述語としても用いられる（第二実体）。これに対して、述語としては用いられない基体としての第一実体があり、形相と質料の両者からなる個物がこれに対応する。
倫理学

アリストテレスは、倫理学を創始した[12]。一定の住み処で人々が暮らすためには慣習や道徳、規範が生まれる[13]。