『과학, 우주에서 마음까지』의 머리말에는 '과학'과 '이론'이라는 단어가 다음과 같이 정의되어 있다.
라디오나 텔레비전을 켤 때, 병을 예방하려고 백신을 맞을 때, 해가 뜨고 지는 것 같지만 사실 움직이는 것은 해가 아니라 지구임을 인식할 때ㅡ이 모든 순간에 사실 우리는 지구의 물리학적, 생물학적 현상을 파악하려고 애써 온 인류의 수천 년에 걸친 노력의 혜택을 입고 있다. 물론 아직도 많은 수수께끼가 남아 있지만, 우리는 우리가 사는 행성만이 아니라 그 너머 우주의 본질에 관해서 많은 것을 알게 되었다. 이런 지식을 추구하는 일을 우리는 과학(science)이라고 부른다. 과학이라는 말의 뿌리는 '안다'는 뜻만이 아니라 '분별'하거나 '이것과 저것을 분리'한다는 뜻도 포함한다. 과학의 목표는 단순히 사실을 발견하는 것이 아니라, 일반적인 진실을 찾아내고 근본적 법칙을 정리하는 것이다. 과학자들은 이런 지적인 구성물을 '이론'이라고 부른다고 저자는 말하고 있다.

각각의 과학의 분야에는 그 나름의 흥미 있는 발견의 이야기가 있다. 그래서 『과학, 우주에서 마음까지』도 여섯 편의 역사 이야기로 나뉘어 있다. 각 장의 이야기는 생물학적이고 물리학적인 세계의 이해나 그 이론에서 중대한 이정표를 이루는 사건에 초점을 맞추어 쓰여 있다. 사실을 알려주려는 상자, 개인의 연대기나 역사적 연표는 중요한 사건이나 발전을 강조하거나 요약하여 담고 있다.