Анализ научной рациональности, по Тулмину, предполагает рассмотрение: 1) различных неформальных связей между сосуществующими понятиями, объяснительными процедурами и методами различных наук; 2) способов, при помощи которых в каждой отдельной области науки концептуальные проблемы возникают и признаются в качестве таковых; 3) природы тех рациональных соображений, на основе которых в развитии науки происходит модификация и смена понятий и методов объяснения.
Тулмин, таким образом, связывает научную рациональность с практикой научного познания, деятельностью ученых и соответственно с содержательными процессами возникновения нового знания, с концептуальными изменениями и применяемыми в науке интеллектуальными процедурами. По Тулмину, ошибочно отождествлять рациональность и логичность, поскольку "рациональность - атрибут не логической или концептуальной системы как таковой, а атрибут человеческих действий или инициатив", лежащих в основе критики, формирования и смены научных понятий и процедур. Тулмин тем самым подчеркивает определяющее значение содержательного аспекта научного познания, обосновывает научное понимание как реализацию интеллектуальных инициатив, коллективного опыта ученых. По Тулмину, ученым свойственна вера в существование законов, способов, обеспечивающих объяснение, понимание событий, явлений, процессов, соответствующих их ожиданиям. Данные ожидания, в свою очередь, основываются на определенных рациональных идеях, концепциях естественного порядка природы, т.е. они опираются на исторически выработанные идеалы, стандарты научной рациональности.
Все это приводит, по Тулмину, к улучшению научного понимания и соответствии с историческими изменениями данных стандартов и процедурами их проверки и испытаний. При этом надо учитывать роль исторического контекста (рациональность науки не априорна по отношению к истории науки, но, напротив, выводится из нее), на фоне которого рациональность научного познания складывается в процессе взаимодействия научных идей, научных институтов, научных дисциплин и конкретных субъектов научной деятельности, обеспечивая тем самым эволюцию науки, концептуальные изменения ее содержания. Рациональность как свойство человеческой деятельности проявляется в функционировании и развитии научной дисциплины. Тулмин подчеркивает, что коллективная человеческая деятельность принимает форму рационально развивающейся дисциплины, если согласованные внутри определенной группы идеалы ведут к развитию самостоятельного и самоопределяющегося набора процедур и если эти процедуры открыты для дальнейших модификаций в той мере, в какой они соответствуют проблемам, возникающим из неполного достижения дисциплинарных идеалов.
Развитие научных дисциплин, по Тулмину, осуществляется таким образом, что различные стадии связаны между собой не их идентичностью или логической последовательностью, а отношениями законных предшественников и наследников. Рассматривая данную связь различных стадий эволюции научных дисциплин на примере атомной физики, Тулмин видит эту связь или непрерывность развития дисциплин в проблемах, но не единичных вопросах или группе вопросов, а в непрерывной генеалогии проблем. По Тулмину, именно проблемы образуют "диалектическую последовательность", "длительно существующее генеалогическое дерево"; он подчеркивает, что постоянство проблем обеспечивает преемственность научной дисциплины. Именно "генеалогия проблем, - указывает Тулмин, - соответственно лежит в основе всех иных генеалогий, с помощью которых можно охарактеризовать развитие науки. В последовательности теорий более поздние модели и понятия были обязаны своей законностью тому, что они решили проблемы, для которых старые модели и понятия были неадекватными".
Источником же научных проблем, как полагает Тулмин, являются тонкие исторические связи между установками ученых-профессионалов и миром природы, который они изучают. Иначе говоря, проблемы возникают там, где представления ученых о мире противоречат либо природе, либо другим представлениям, т.е. там, где они не достигают интеллектуальных идеалов, принятых исследователями (например, в атомной физике идеал полного объяснения физических свойств материи посредством понятия внутренней структуры атома). Идеалы обусловливают коллективные цели той или иной научной дисциплины, сохраняют ее связность, определяют границы, которые устанавливают круг гипотез и размышлений, совершенствуют критерии отбора, позволяющие судить о концептуальных изменениях, новообразованиях. Кроме познавательных элементов, таких как понятия, проблемы, научные идеалы и др. дисциплины включают в себя и людей и, соответственно, социальные аспекты их деятельности.