Fin dal periodo degli studi in fisica Kuhn ha compreso l'importanza
della storia della scienza per la comprensione della stessa razionalità
sientifica.
Nel corso dei suoi studi storici T.Khun maturò la convinzione ermeneutica, che i testi scientifici del passato non devono essere letti dal punto di vista della scienza del presente (ossia, nel più dei casi, come sequele di errori grossolani e inspiegabili), ma sforzandosi di recuperare l'insieme di presupposti e scopi, per lo più impliciti e comunque diversi dai nostri, che danno senso agli errori dello scienziato del passato.
Le rivoluzioni scientifiche, che separano le diverse fasi della storia di una scienza, non devono essere pensate - alla maniera di Popper - come confutazioni di singole ipotesi prima accreditate, ma come cambiamenti complessivi degli impegni teorici di una comunità scientifica, compreso il linguaggio, i metodi di convalida, i problemi considerati pertinenti o importanti.
Nel libro La struttura delle rivoluzioni scientifiche questo insieme di impegni teorici è chiamato paradigma: le rivoluzioni scientifiche sono cambiamenti di paradigma.
Come ha spiegato Kuhn stesso, con questo termine egli intende riferirsi anzitutto a una soluzione esemplare del problema, che viene appresa da chi entra a far parte di una determinata comunità scientifica come momento essenziale della sua formazione, e come modello a cui conformare la sua pratica scientifica. La prevalenza di un paradigma caratterizza una fase di "scienza normale", in cui gli scienziati si dedicano alla soluzione di "puzzles", cioè di problemi che possono essere formulati in relazione ai concetti ed agli strumenti propri del paradigma prevalente, e che hanno una soluzione al suo interno. Ma la ricerca scientifica guidata da un paradigma può imbattersi in anomalie, ossia in violazione delle aspettative create dal paradigma.
Il riconoscimento di un'anomalia non provoca di per sè una rivoluzione scientifica, ma produce una situazione di crisi, in cui la comunità cerca di negare o ridimensionare il fenomeno anomalo, o di adattare il vecchio paradigma in modo da renderne ragione. E' caratteristica di una situazione di crisi la proliferazione di varianti teoriche (spesso sempre più complicate) che cercano di salvare il vecchio paradigma: esso viene abbandonato da una parte significativa dei ricercatori solo quando emerge un paradigma alternativo.
L'adozione di un nuovo paradigma istituisce una nuova comunità scientifica, che non comunica con quella vecchia e i cui prodotti teorici sono incommensurabili coi precedenti, perchè sono espressi in un linguaggio diverso, si sottomettono a criteri di convalida diversi, e in generale
parlano di un altro mondo rispetto a quello riconosciuto dal vecchio paradigma.
Infine per quanto concerne il progresso della scienza, Kuhn afferma che nella storia c'è progresso non perchè ci si approssima sempre di più a qualche meta assoluta (= la verità ) ma perchè ci si allontana sempre di più da stadi primitivi di ricerca. In altri termini, nella scienza non c'è progresso "verso" qualcosa, ma "a partire da" qualcosa.
Il pensiero di Kuhn ha indotto a prendere in considerazione la comunità scientifica (più che il singolo ricercatore) come soggetto della scienza, ad indagare i rapporti sociali e gli elementi culturali che ne condizionano l'attività, oltre ai processi psicologici che la caratterizzano.