证伪主义的核心观点在于对理论的评价并非基于证实，而是通过证伪来否定。归纳法，通常用于从有限实例推断普遍规律，但它存在缺陷，因为有限的实例无法证明无限的定律，且过去的事情无法确证未来的事件。归纳推理本质上是概率性的，而非严密的逻辑形式。
理论与观察之间的关系是相互促进的。理论指导观察，如达尔文的进化论就是通过实地考察得出的，而不同理论会影响我们对观察的理解，例如太阳从东升西落的解释。科学理论不仅是大胆猜测，而且是需要在观察中不断修正和完善，其目标是通过多次验证来逼近真理，而非绝对证实。
波普尔的理论强调科学理论应是普遍陈述且可证伪，即可能存在反例来否定理论。例如，科学理论不能声称“所有中国人都是聪明的”或“所有人的头发都是黑的”，因为这些陈述允许逻辑上的反例。可证伪性是科学与非科学之间的分界线，如宗教或神话通常不具有可证伪性。
评估理论真实性的方式包括可伪证度，普遍性越高的理论越可能被证伪。确认度关注理论与有限经验的契合程度，即使不能完全证实，也可以通过确认来接近真理。逼真度则是真实内容与虚假内容的相对度量，科学允许一定程度的虚假性，但必须可被证伪。
科学增长的试错法强调从问题出发，通过假设和验证来改进理论。如果一个理论能多次经受证伪，其逼真度会相应提高，尽管仍可能被进一步证伪，但这正是科学进步的过程。
英国哲学家K.波普尔创立的科学哲学理论。波普尔从反对逻辑实证主义关于科学理论来自对经验归纳的观点出发，把科学理论看作是普遍命题，认为科学理论不断通过有限的，个别的经验事实而被证实，但个别的经验事实都能证伪普遍命题，即如果根据演绎推理得出的结论是假的，其前提必假。在他看来，一种理论所提供的经验内容愈丰富、愈精确和普遍，它的可证伪度就愈大，科学性就愈高。