以經典力學發展史作為線索，對科學認識的邏輯順序作了哲學的概括，而這個概括稱為科學認識的“三階段論”。第一個階段為現象論階段，科學認識處於搜集有關自然現象的第一手材料或記錄實驗結果，此階段還不能深刻地說明事物，相當於經典力學的第谷，布拉赫階段；第二階段為實體論階段，科學認識處於整理已掌握的有關自然現象知識和記錄的資料，概括出事物各個部分的規律性。

但仍未揭示出事物內在的本質聯繫，此階段相當於經典力學的開普勒階段；第三階段為本質論階段，科學認識已經達到從事物相互聯繫的必然關系來說明產生現象的規律性，此階段相當於經典力學的牛頓階段。武谷三男的“三階段論”是科學認識發展的邏輯，也是人類認識自然的邏輯順序。

科學認識活動正是按照這三個階段循環往復的向前發展，才逐漸深化，逐漸接近客觀真理。“三階段論”對任何科學研究都具有重要的方法論意義。

但是，由於強調實驗在科學認識活動過程中所起的作用還不夠，因而對認識深化的動力問題講得不夠清楚。