Значительные изменения происходят в способе биологического познания — вырабатываются стандарты, критерии и нормы исследования органического мира. На смену стихийности, спекулятивным домыслам, фантазиям и суевериям постепенно приходит установка на объективное, доказательное, эмпирически обоснованное знание. Благодаря коллективным усилиям ученых многих европейских стран такая установка обеспечила постепенное накопление колоссального фактического материала. Значительную роль в этом процессе сыграли Великие географические открытия, эпоха которых раздвинула мировоззренческий горизонт европейцев — они узнали множество новых биологических, геологических, географических и других явлений. Фауна и флора вновь открытых стран и континентов не только значительно расширили эмпирический базис биологии, но и поставили вопрос о его систематизации.

Огромная описательная накопительная работа, проведенная в XVI—XVII вв. в биологии, имела важные последствия. Во-первых, она вскрыла реальное многообразие растительных и животных форм и наметила общие пути их систематизации. Если в ранних ботанических описаниях (О. Брунфельса, И. Бока, К. Клузиуса и др.) еще отмечается множество непоследовательностей и отсутствуют четкие принципы систематизации и классификации, то уже М. Лобеллий. К. Баугин и особенно А. Цезальпино закладывают программу создания искусственной систематики (получившую свое развитие в работах Ж.Л. Турнефора, искусственная система которого была общепринятой в конце XVII — первой половине XVIII в.), а И. Юнг дает теоретический ориентир на развитие естественной систематики растений, получивший развитие в трудах Р. Моррисона и Дж. Рэя.

В это же время осуществляется и систематизация зоологического материала, прежде всего такими учеными-энциклопедистами, как К. Геснер и У. Альдрованди. Закладываются основы частных отраслей зоологии — энтомологии (Т. Моуфет), орнитологии (П. Белон), ихтиологии (Г. Рондель). Сильнейший импульс развитию зоологии был дан изобретением микроскопа. Обнаружение мира микроорганизмов А. ван Левенгуком оказало поистине революционизирующее влияние на развитие биологии, а Ф. Стелутти одним из первых применил микроскоп для изучения анатомии животных, в частности насекомых.

Во-вторых, накопительная биологическая работа в XVI— XVII вв. значительно расширила сведения о морфологических и анатомических характеристиках организмов. В трудах Р. Гука, Н. Грю, Я. Гельмонта, М. Мальпиги и др. получила развитие анатомия растений, были открыты клеточный и тканевый уровни организации растений, сформулированы первые догадки о роли листьев и солнечного света в питании растений. Установление пола у растений и внедрение экспериментального метода в ботанику — заслуга Р.Я. Камерариуса; садовод Т. Ферчаильд (не позже 1717 г.) создал первый искусственный растительный гибрид (двух видов гвоздики). На основе искусственной гибридизации совершенствовались методы искусственного опыления, закладывались отдаленные предпосылки генетики.

Важной вехой в развитии анатомии стало творчество А. Везалия, исправившего ряд крупных ошибок, укоренившихся в биологии и медицине со времен античности. М. Сервет, павший жертвой протестантского религиозного фанатизма, и У. Гарвей исследовали проблему кровообращения. У. Альдрованди обратился к традиции античной эмбриологии, а его ученик В. Койтер, систематически изучая развитие куриного зародыша, заложил основы методологии экспериментального эмбриологического исследования. Г. Фаллопий и Б. Евстахий проводят сравнение структуры человеческого зародыша и взрослого человека, соединяя тем самым анатомию с эмбриологией. На аристотелевско-телеологической основе формировались первые теоретические концепции в эмбриологии (Фабриций из Аквапенденге). В XVII в. складывается синтез анатомии и физиологии, возникает предпосылки структурно-функционального подхода (Г. Азелли, Ж. Покэ, Ф. Глиссон, Р. дс Грааф и др.)