意大利成为第一个世界科学中心的特征（1540—1610年）
16 世纪中期，资本主义萌芽产生并带动发达的商品贸易，为意大利科学革命和成为世界科学中心打下基础。政治运动与人文主义的产生促进了思想解放，激发了当时人们研究自然现象、探究自然界规律的兴趣，从而为科学革命的产生奠定了基础。人文主义思想的传播推动人们探索自然、研究上帝与自然关系的风潮。意大利的教育体系为其成为科学中心提供了支撑。技术的进步为意大利科学的进步提供了新事实及新技术，使得真正有系统的实验科学成为“可能”。意大利成为世界科学中心与科学知识自身增长规律相契合，引发了科学革命。意大利一些地区的城邦中出现了一批重要的自然哲学家，使意大利成为近代科学活动的第一个中心（1540—1610 年）。意大利爆发的科学革命使得知识在天文学、解剖学、力学、数学、博物学领域产生了巨大的突破。
英国成为第二个世界科学中心的特征（1660—1730 年）
英国在 16—17 世纪涌现出吉尔伯特、波义耳、牛顿、胡克、哈雷、布拉德莱、阿代尔、哈维等各领域内的大师，开辟了力学、化学、生理学等多个现代学科，成为世界上第二个科学中心。英国经济的发展与资本主义生产方式的确立使得英国成为欧洲最富庶的国家之一。资产阶级革命的成功，为英国自然科学的发展提供了制度保障。清教主义运动塑造了英国研究自然，从而赞颂上帝的文化性格，对科学革命与英国的科学发展产生了巨大的作用。大学教育发展及教育理论的创新对科学中心向英国转移提供了巨大支撑。工业发展及技术进步为新知识的产生提供新需求及新工具。英国成为世界科学中心，与牛顿完成自然哲学的综合以及对其他学科产生影响有着密切联系。
法国成为第三个世界科学中心的特征（1770—1830 年）
18 世纪中期到 19 世纪中期，法国成为继英国之后的又一个世界科学中心，涌现出了达朗伯、萨迪 · 卡诺、拉普拉斯、布丰等一大批伟大科学家。法国积极推进本国的工业化进程，大力发展本国的独特工业体系，提升了法国的整体工业实力。国家支持自然科学，使科学研究建制化，极大地推动了当时科学研究事业的发展。启蒙运动形成了法国的自由理智主义传统，推动了怀疑主义、逻辑主义方法论的传播。18世纪晚期，法国积极推进理工学院的建设。通过这个新系统，自然科学、数学和工程技术建立起了不同层面的稳固联系，新的体制极大地促进了科学技术的职业化。19世纪中后期，法国逐渐确立了技术发明的个人财产权，极大提升了人们致力于技术发明的热情。法国科学家在热力学、化学、天体力学等学科领域作出了突出贡献，为后来的内燃机革命及化学革命提供了理论基础，引领了当时世界科学发展的潮流。
德国成为第四个世界科学中心的特征（1810—1920 年）
19 世纪 20 年代至 20 世纪 20 年代，德国科学发展突飞猛进。尤斯图斯 · 冯 · 李比希创立了有机化学，维勒成功合成尿素，施莱登和施旺创立细胞学说，爱因斯坦提出相对论，普朗克提出量子概念，伦琴发现 X 射线，德国开始引领科学的发展。19 世纪中期起，德国工业迅速崛起，为德国科学的崛起提供了物质基础。德国的开明君主专制制度为德国科学的复兴提供了政治保障，教育和科研体系具有稳定的自我增长空间而不受过多干预，使得先进的、有利于自然科学发展的制度得以存续并释放自己的潜力。
德国文化中含有尊重科学的内在因子，且实用主义文化逐渐占据主导地位，为科学的崛起及科研成果的转化提供了良好的文化氛围。现代大学制度（柏林大学模式）的建立，是推动德国成为世界科学中心的重要因素。德国创建了强大的工业实验室，把科学与企业结合起来，科学研究获得了资金，企业获得了基于科研的技术，有力地推动了物理、化学等学科的发展。源起于德国的有机化学、量子力学等学科，成为当时引领世界科学发展的带头学科。
美国成为第五个世界科学中心的特征（1920 年至今）
自 19 世纪末、20 世纪初开始，美国在经济文化等各方面取得了举世瞩目的成绩，并于 1920 年取代德国，成为保持至今的世界科学中心。与法国和德国不同，美国的基本模式是外源性而非内生性的。20 世纪初，美国拥有雄厚的经济及工业基础，经济的繁荣为美国科学研究提供了良好的经济条件。美国政府将基础研究视为国家崛起及强盛的根本性要素，为美国成为新的世界科学中心奠定了政治基础。通过学习欧洲先进教育制度，建立起完善的研究型大学体系，同时通过人才引进，使美国短时间内成为世界科学研究强国。第二次世界大战使美国成为最大赢家，强化了其超级大国的地位。实用主义文化造成了美国重视技术的传统，为科学的发展提供了必要的物质条件。美国工业界通过建立工业实验室、研发机构，以及建立各种支持自然科学研究的基金会，形成了良性的“工业支持科学、科学界反哺工业”传统。美国还抓住了量子力学革命及信息技术革命机遇，迅速站在世界科学领域前沿。