Keskiajan tieteellä tarkoitetaan Euroopassa ja Lähi-idän alueella noin vuosien 500–1500 aikana harjoitettua tiedettä. Keskiaika on historiankirjoituksessa pitkään nähty lasku- ja suvantovaiheena eurooppalaisen tieteen historiassa. Nykytutkimus on kuitenkin paljastanut, ettei tilanne ollut aivan niin lohduton Euroopan osalta kuin on luultu. Islaminuskoisessa Lähi-idässä eri tieteenalojen tutkimiseen kuitenkin panostettiin selvästi Eurooppaa enemmän. Luonnontieteiden osalta taso Lähi-idässä ja Persian alueilla oli Eurooppaan verrattuna hyvin korkealla. Islaminuskoisten alueiden osalta keskiajan tieteen yhteydessä puhutaan islamilaisesta renessanssista tai islamin kultakaudesta.
Karolingisen renessanssin aikana Euroopan tieteet ja taiteet osittain elpyivät Länsi-Rooman hajoamisen aiheuttamasta taantumasta. 1000-luvulta lähtien kulttuuria ja myös tieteitä rikastuttivat yhteydet islamilaiseen maailmaan. Sydänkeskiajalla läntiseen Eurooppaan syntyi yliopistolaitos. Vanhoja antiikin auktoreiden laatimia tekstejä alettiin kääntää kreikasta tai arabiasta latinaksi, koska kreikan kieltä ei läntisessä Euroopassa yleisesti osattu. Keskiaika oli myös skolastisen filosofian kulta-aikaa, mikä tarkoittaa sitä, että oppineet uskoivat kaiken totuuden löytyvän antiikin lähteistä. Skolastikkojen tehtävänä oli myös sovittaa uskonnon ja järjen väliset ristiriitaisuudet.
Aristoteles nousi merkittävimmäksi auktoriteetiksi tieteen harjoittamisessa sydänkeskiajalta lähtien. Hänen oppejaan sovellettiin ja muokattiin niin teologian, filosofian, tähtitieteen kuin fysiikan saroilla. Aristoteleella oli johtavan auktoriteetin asema aina uuden ajan tieteelliseen vallankumoukseen saakka, joskin myös muiden antiikin ajattelijoiden suosio kasvoi.
Keskiajan tieteen antiikkiset juuret pienoiskuva|Rafaelin Ateenan koulussa esiintyy useita antiikin Kreikan ja Rooman oppineita. Keskellä ovat Platon ja Aristoteles, joiden filosofiat muodostivat keskiaikaisen filosofian ytimen Euroopassa. Antiikin esisokraatikot olivat ensimmäisiä länsimaalaisia, jotka alkoivat pohtia ympäröivän maailman rakennetta ja olemassaoloa vetoamatta mihinkään jumalaiseen alkuperään. Atomin ja alkuaineen käsitteet syntyivät tuona aikana. Sokrateen jälkeen merkittävimmät kaikkeuden olemusta pohtineet filosofit olivat Platon ja tämän oppilas Aristoteles. Heidän ajatuksensa olivat sittemmin keskeisessä asemassa koko keskiajan, niin luonnonfilosofiassa – eli luonnontieteissä – kuin muutoinkin filosofiassa.
Ennen ajanlaskun alkua kehittynyt kreikkalainen sivistys jatkui Rooman tasavallassa. Huolimatta roomalaisten arvostuksesta kreikkalaista kulttuuria kohtaan Roomassa ei kunnioitettu tieteitä ja taiteita samalla tavalla. Rooma omaksui kreikkalaisen tieteen saavutukset, mutta tieteiltä vaadittiin ennen kaikkea käytännöllisyyttä. Edes oppineilla ei aina riittänyt tarvittavia taitoja ymmärtää kreikkalaisten saavutuksia.A Short History of Science, s. 156 Samalla kiinnostus kreikkalaisen ajattelun nyansseihin hävisi. Aikojen saatossa roomalaiset alkoivat laatia populaareja eli kansantajuisia versioita kreikkalaisista teksteistä. Tämä sopii varsin hyvin roomalaiseen maailmaan, jossa kirjalliset taidot ja historia olivat korkealle arvostettuja. Tiedettä saattoi opiskella tietosanakirjateoksista ja sanakirjoista tai jopa puhtaasi kaunokirjallisista teoksista.Medieval Science and Technology, s. 4 Roomalaisen ajan tieteilijöistä nimekkäimmät ovat tähtitieteilijä Ptolemaios ja lääketieteilijä Galenos.
Hieman ajanlaskun alun jälkeen syntyneellä, juutalaisuudesta omaksi uskonnoksi erottuneella kristinuskolla oli keskeinen asema tieteiden kehityksen kannalta, etenkin kun siitä tuli valtionuskonto. Tieteitä pidettiin pakanallisina oppeina, minkä vuoksi korkea-arvoiset kristityt Rooman hallitsijoiden ohella vaativat Aleksandrian kirjaston ja siellä sijaitsevien tekstien hävittämistä. Aleksandriasta kansainvälisen kulttuurikeskuksen olivat luoneet eritoten Ptolemaiosten hallitsijasuvun jäsenet. Ptolemaios I oli luvannut kaikille hänen perustamansa Museionin tutkijoille hyvän palkan, asunnon, ruoan ja verovapauden. Tarjous kiinnosti Rooman valtakunnan tieteilijöitä. Säilyneiden lähteiden perusteella Serapeionin kirjaston (Aleksandrian kirjaston sivukirjasto) hävittämisestä vuonna 391 vastuussa oli Aleksandrian patriarkka Theofilos, joka oli saanut luvan tehtävään keisari Theodosiukselta. Theodosius oli päättänyt kitkeä kaiken pakanallisen toiminnan valtakunnastaan. Pääkirjaston puolestaan hävitti vuonna 415 Theofiloksen veljenpoika patriarkka Kyrillos.
Rooman valtakunnan suhtautuminen uskoon ja järkeilyyn määritteli uudella tavalla luonnontieteiden aseman yhteiskunnassa. Valtakunnan suhtautumisesta taas vastasivat pitkälti kirkkoisinä tunnettujen teologien näkemykset, jotka saattoivat vaihdella eri aikoina hyvinkin paljon. Esimerkiksi Tertullianus suhtautui hyvin vastahakoisesti antiikin perintöön: ”Mitä tekemistä Ateenalla oikeastaan on Jerusalemin kanssa? … Kristuksen jälkeen meillä ei ole tarvetta spekuloimiseen eikä evankeliumin jälkeen tarvetta tutkimiseen.” Gregorios Nazianzilaisen näkemyksen mukaan taas tutkimalla ”taivaita ja maata, ilmaa ja kaikkea muuta” ihminen kykenisi arvostamaan Jumalan luoman maailman kauneutta.Medieval Science and Technology, s. 5 Kirkkoisien yhteisen näkemyksen voisi tiivistää siten, että filosofia ja tiede sopivat palvelemaan teologiaa. Tämä näkemys säilyi pitkään aina sydän- ja myöhäiskeskiajalle saakka.
Jos keskiajan tieteen alkamisajankohdalle halutaan antaa tarkka alkamisajankohta, niin yleensä puhutaan vuodesta 529, jolloin Itä-Rooman keisari Justinianus I sitkeän huhun mukaan olisi sulkenut kaikki Ateenan filosofikoulut. Kouluihin kuuluivat Platonin Akatemia ja Aristoteleen perustama Lykeion, vaikkakin Lykeionin toiminta on saattanut loppua jo tätä ennen. Todellisuudessa keisari ei määrännyt koulua suljettavaksi. Sen sijaan Ateenan kristityt viranomaiset lakkauttivat koulun julkisen rahoituksen, minkä jälkeen turhautuneet filosofit pakkasivat laukkunsa ja lähtivät Persian kuninkaan suojiin. Siellä ei kuitenkaan ollut sen parempaa, joten suurin osa palasi takaisin kuka minnekin. Kyse ei toisaalta ollut Platonin perustamasta akatemiasta vaan uusplatonistien omasta oppilaitoksesta.
Länsi-Eurooppa Varhaiskeskiaika left|270px|thumb|Munkit olivat varhaiskeskiajan oppineita. Heidän työnkuvaansa kuului olennaisena osana antiikin käsikirjoitusten kääntäminen ja kopioiminen. Heille oli myös asetettu määräys, jonka perusteella heidän odotettiin lukevan vuoden aikana ainakin yhden kirjan. Länsi-Rooman hajoamisella oli voimakas vaikutus länsimaisen sivistyksen kehitykseen. Varhaiskeskiajalla väestö muutti maaseudulle pois kaupungeista Rooman aikaisen infrastruktuurin hajottua. Esimerkiksi Rooman kaupungissa asui vielä vuonna 120 jaa. yhdestä kahteen miljoonaa ihmistä, mutta jo vuonna 650 kaupungin kaikki 20 000 ihmistä olisivat mahtuneet kerralla Colosseumiin seuraamaan näytöksiä, ellei sitä olisi jo ehditty muuttaa hautausmaaksi. Rahan käyttö maksuvälineenä harvinaistui ja maksut suoritettiin enenevissä määrin käyttötuotteiden vaihdolla. Ilmaston viilennyttyä maataloustuotteiden saatavuus pieneni ja ruoantuotannosta tuli paikallisempaa. Kaupunkimaisen elämänmuodon taantuminen, tuotantojärjestelmän yksinkertaistuminen ja tautien sekä sotien leviäminen olivat takaisku niin taiteille kuin tieteillekin.The History of Science and Technology, s. 93 Luku- ja kirjoitustaito harvinaistui. Kreikan taito hävisi lähes täysin Länsi-Euroopasta. Tieteiden taantumus ei pätenyt samalla tavalla lääketieteeseen kuin muihin tieteisiin. Tätä selittää se, että kristityt kokivat velvollisuudeksi hoitaa sairaita.
Vaikka tieteen laskusuhdanteesta varhaiskeskiajalla on syytetty kristinuskoa, niin kristinuskolla oli myös rooli tiedon säilyttäjänä. Oppineisuus keskittyi 500-luvulta lähtien paljolti luostareihin. Luostareiden opetussuunnitelmat perustuivat hyvin pitkälle Raamatun tutkimiseen. Tämän valossa ei ole lainkaan yllättävää, että ajan oppineet olivat pääasiallisesti pappeja tai muita kirkonmiehiä. Heidän mielenkiintonsa ei kohdistunut juurikaan luontoon, vaan ilmapiiri pikemminkin ohjasi heidät uskonnollisten aiheiden pariin. Luonnontieteiden tutkimuskin kumpusi lähinnä käytännöllisistä syistä: tarve auttaa sairasta ohjasi lääketieteen pariin, ja matematiikan ja tähtitieteen tutkimusta motivoi pääasiassa pääsiäisen ajankohdan määrittäminen. Omaa tutkimusta ei aloitettu, vaan tieto haettiin antiikin lähteistä. Luostareissa olikin hyvin paljon esimerkiksi lääketieteellisiä ja tähtitieteellisiä kirjoituksia.
Roomalainen Boëthius oli Länsi-Rooman luhistumisen aikaan syntynyt filosofi ja moniosaaja. Hänen roolinsa kulminoituu Aristoteleen logiikkaa käsittelevien teosten kääntämiseen latinaksi. Alun alkaen hänen suunnitelmissaan oli kääntää suuri osa Aristoteleen ja Platonin tuotannoista.Keskiajan filosofia, s. 29 Hän kirjoitti myös aritmeettisia ja geometrisia tekstejä. Hänen musiikin teoriaa käsittelevä teoksensa säilyi oppikirjakäytössä aina 1700-luvulle saakka.A Short History of Science, s. 175 Yhdessä Cassiodoruksen kanssa hänen tuotoksensa muodostivat varhaiskeskiajan luostareiden opetussuunnitelman rungon. Boëthiuksen aritmeettiset, geometriset, musiikilliset ja tähtitieteelliset kirjoitukset säilyivät Cassiodoruksen kirjoitusten tapaan pitkään kirkkokoulujen oppimateriaaleina tai lähteinä alkeellisimmille kirjoituksille. Boëthius oli tukeutunut Eukleideen, Nikomakhoksen ja Ptolemaioksen kirjoituksiin.
Luostareiden opetus laajeni 600-luvulla Raamatun ja muiden kristillisten tekstien opiskelun lisäksi käsittämään maallisempien taiteellisten ja tieteellisten tekstien tutkimiseen. Tässä kunnostautuivat etenkin Irlannin ja Englannin luostarit, joissa latinan ohella opetettiin runsaasti kreikan kielioppia.Medieval Science and Technology, s. 8 Kelttiläiseksi renessanssiksi kutsutun aikakauden ansiosta Euroopan sivistyneimmät oppineet löytyivät Irlannista.A Short History of Science, s. 174 Irlannin luostareissa valmistettujen käsikirjoitusten määrä oli suurempi kuin muussa läntisessä Euroopassa yhteensä. Monet ovat kristillisen ornamenttitaiteen mestariteoksia, kenties kuuluisimpana 800-luvulla laadittu Kellsin kirja.
Eurooppalaisen sivistyksen tilaa kohentamaan lähti karolingikeisari Kaarle Suuri 700- ja 800-lukujen taitteessa. Tämän karolingiseksi renessanssiksi kutsutun muutoksen myötä luotiin pohja länsimaiselle opetusjärjestelmälle. Aikuisiällään lukemaan oppinut Kaarle Suuri kutsui hoviinsa ajan nimekkäimmät ajattelijat luoden samalla hovistaan varhaiskeskiajan merkittävimmän kulttuurikeskuksen Länsi-Euroopassa. Hovissa asuivat muiden muassa mestari Einhard ja Theodulf Orléansilainen, joka tunnetaan Vulgatan standardisoijana. Tunnetuin oli kuitenkin englantilainen Alkuin, jonka meriitteihin lukeutuvat minuskelikirjaimiston keksiminen ja seitsemään vapaaseen taiteeseen nojautuva oppijärjestelmä. Järjestelmä jakautui kahtia: trivium tarjosi kirjallisuustieteen taitoja (kielioppi, retoriikka ja dialektiikka) ja quadrivium luonnontieteessä harjaantumista (aritmetiikka, geometria, tähtitiede ja musiikki). Samalla luostareiden ja tuomiokirkkojen yhteyteen perustettiin kouluja, jotka olivat eurooppalaisten yliopistojen edeltäjiä. Kaarle Suuri sääti lain, jonka mukaan jokaisessa tuomiokirkossa oli oltava papeiksi opiskeleville mahdollisuus harjaannuttaa taitojaan laskemisessa ja kirjoittamisessa. Antiikin lähteitä kopioitiin aktiivisemmin. Lisäksi hoviin perustettiin laaja kirjasto, jonka tarkoituksena oli kerätä suuret määrät tietoa niin pakanallisista lähteistä kuin kristinuskon lähteistä. Samoihin aikoihin eurooppalaiset saivat kosketusta sivistystasoltaan heitä edellä oleviin arabeihin.