《科学文化史话》并不是按年代罗列发现与发明的通史，而是从五个历史切面追问一个更根本的问题：科学何以成为现代社会最具权威的知识形式，又如何改变了教育、文化和人的自我理解。作者把科学看作一种历史生成的文化实践。公式、数据和实验只是它今天呈现出的形态，其背后还交织着古希腊的自由求知、基督教的创世观、中世纪大学的论辩传统、印刷术塑造的公共文本空间，以及牛顿力学建立的机械世界图景。
第一章回到古希腊。希腊人发现了一个具有内在秩序、可以被理性理解的“自然”，并把求知本身视为自由而崇高的活动。理论知识不是可供占有和出售的技能，而是需要学习者亲自看见、体悟的真理。因此，教育的意义不是灌输答案，而是引导和唤醒。体育馆、学园、数学训练和公开辩论共同培育了自由、竞争与理性的精神。不过，从柏拉图到托勒密，数学也开始由灵魂修炼转向实用的预测工具，科学的意义随之发生变化。
第二章重新评价基督教和中世纪。大学的自治、自由七艺和经院论辩为科学提供了稳定的制度土壤；创世论则把上帝置于世界之外，使自然可以被理解为一件受造物、一台遵守法则的机器。世界既来自上帝的自由意志，又服从上帝制定的秩序，这一张力为经验研究赋予了合法性：人不能单凭理性猜出上帝如何创造，只能观察现实，同时又相信观察所得能够归入统一法则。现代科学追求的客观视角，也带着“上帝之眼”的宗教遗产。
第三章把印刷术视为科学革命的重要媒介。印刷不只是让传播更快，它还改变了知识的存在方式。稳定、可复制、可校订的文本让记录能够跨越个人生命而持续积累，勘误、版本比较、公开争论和优先权竞争由此成为可能。经验被写成报告，技艺从秘传转为公开，学术共同体围绕可核验的文本形成。“知识”也越来越被理解为白纸黑字、可以编目、学习和复制的对象。方法和教材原本只是通向知识的媒介，却逐渐成为知识本身，现代教育对分数、步骤和效率的崇拜也由此获得了历史背景。
第四章讨论牛顿力学为何不仅是一组更准确的定律，更是一场世界观革命。传统的动力因包含推动者、责任者和目的的意味，而牛顿第三定律把力改写成平等、同时的“相互作用”。当一切作用都能纳入数学关系，谁推动、为何推动的问题便被排除，科学更擅长说明事情怎样发生，却不再回答其意义何在。形式、力和物质逐渐合流，世界成为由外在关系构成、可以计算却没有内在目的的机械体系。
第五章以中国的科玄之争检验科学时代的教育问题。张君劢与科学派并非简单地争论要不要科学，而是在争论科学能否独自承担“育人”的使命。科学可以训练求真和批判，但人生观牵涉自由选择、人格养成和文化传统，不能由事实推演自动给出。中国现代化若只移植科学的技术与力量，而忽略其背后的自由传统，就容易把教育变成人才加工。作者提出“西学为体，中学为用”：真正吸收西方学术的理论骨架，同时以中国礼乐伦理所保存的实践智慧来讨论如何善用知识。
全书最终反对的不是科学，而是把科学缩减为万能方法或生产力工具。科学之所以值得尊重，不只因为它有效，更因为它曾经承载自由求知、公开批判和自我教育的理想。理解这段历史，是为了看清今天习以为常的知识、学校和世界观并非唯一可能，从而重新获得选择和反思的余地。