關于系統(tǒng)科學，錢學森曾明確指出，系統(tǒng)科學是從事物的整體與部分、局部與全局以及層次關系的角度來研究客觀世界的。客觀世界包括自然、社會和人自身。能反映事物這個特征最基本和最重要的概念就是系統(tǒng)。所謂系統(tǒng)是指由一些相互關聯(lián)、相互作用、相互影響的組織部分構成并具有某些功能的整體。系統(tǒng)在客觀世界中是普遍存在的。
系統(tǒng)是系統(tǒng)科學研究和應用的基本對象。這和自然科學、社會科學等不同，但有深刻的內在聯(lián)系。系統(tǒng)科學能把自然科學、社會科學等領域研究的問題聯(lián)系起來作為系統(tǒng)進行綜合性和整體性研究，這就是為什么系統(tǒng)科學具有交叉性、綜合性、整體性與橫斷性的原因，也是系統(tǒng)科學區(qū)別于其他科學技術領域的一個根本特點，使系統(tǒng)科學處在現(xiàn)代科學技術發(fā)展的綜合性整體化的方向上。
系統(tǒng)科學也有三個層次的知識結構。在錢學森建立的系統(tǒng)科學體系中，處在工程技術或應用技術層次上的是系統(tǒng)工程，這是直接用來改造客觀世界的工程技術，但和其他工程技術不同，它是組織管理技術；處在技術科學層次上直接為系統(tǒng)工程提供理論方法的有運籌學、控制論、信息論等；處在基礎科學層次上屬于基礎理論的便是系統(tǒng)學。
系統(tǒng)學是揭示客觀世界中系統(tǒng)普遍規(guī)律的基礎科學。這樣三個層次結構的系統(tǒng)科學體系經過系統(tǒng)論通向辯證唯物主義。系統(tǒng)論屬于哲學層次，是連接系統(tǒng)科學與辯證唯物主義哲學的橋梁。
關于系統(tǒng)論，錢學森曾明確指出，我們所提倡的系統(tǒng)論，既不是整體論，也非還原論，而是整體論與還原論的辯證統(tǒng)一。錢學森關于系統(tǒng)論的這個思想后來發(fā)展成為他的綜合集成思想。根據(jù)這個思想，錢學森又提出了將還原論方法與整體論方法辯證統(tǒng)一起來的系統(tǒng)論方法。
客觀事物普遍聯(lián)系及其整體性思想就是系統(tǒng)思想，系統(tǒng)科學體系的建立就使系統(tǒng)思想從一種哲學思維發(fā)展成為系統(tǒng)的科學體系，使系統(tǒng)思想發(fā)展到了系統(tǒng)科學思想。系統(tǒng)科學體系是系統(tǒng)科學思想在工程、技術、科學直到哲學不同層次上的體現(xiàn)。這就使哲學思想有了科學基礎，把哲學和科學統(tǒng)一起來了，系統(tǒng)科學思想是錢學森對辯證唯物主義系統(tǒng)思想的重要發(fā)展和豐富。
在系統(tǒng)科學體系中，系統(tǒng)工程已應用到實踐中并取得顯著成就；運籌學、控制論、信息論等也有了各自的理論方法并處在發(fā)展之中。但系統(tǒng)學卻是需要建立的新興學科，這也是錢學森最早提出來的。20世紀80年代中，錢學森以“系統(tǒng)學討論班”的方式開始了創(chuàng)建系統(tǒng)學的工作。從1986年到1992年的7年時間里，錢學森參加了討論班的全部學術活動。在討論班上，錢學森首先提出了系統(tǒng)新的分類，將系統(tǒng)分為簡單系統(tǒng)、簡單巨系統(tǒng)、復雜巨系統(tǒng)和特殊復雜巨系統(tǒng)。如生物體系統(tǒng)、人體系統(tǒng)、人腦系統(tǒng)、地理系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、星系系統(tǒng)等都是復雜巨系統(tǒng)。其中社會系統(tǒng)是最復雜的系統(tǒng)了，又稱作特殊復雜巨系統(tǒng)。這些系統(tǒng)又都是開放的，與外部環(huán)境有物質、能量和信息的交換，所以又稱作開放的復雜巨系統(tǒng)。
對于簡單系統(tǒng)和簡單巨系統(tǒng)已有了相應的方法論和方法，但對復雜巨系統(tǒng)和社會系統(tǒng)卻不是已有方法論和方法所能處理的，需要有新的方法論和方法。所以，關于復雜巨系統(tǒng)的理論研究，錢學森又稱作復雜巨系統(tǒng)學。
從近代科學到現(xiàn)代科學的發(fā)展過程中，自然科學采用了從定性到定量的研究方法，所以自然科學被稱為“精密科學”。而社會科學、人文科學等由于研究問題的復雜性，通常采用的是從定性到定性的思辨、描述方法，所以這些學問被稱為“描述科學”。當然，這種趨勢隨著科學技術的發(fā)展也在變化，有些學科逐漸向精密化方向發(fā)展，如經濟學、社會學等。
從方法論角度來看，在這個發(fā)展過程中，還原論方法發(fā)揮了重要作用，特別是在自然科學領域中取得了很大成功。還原論方法是把所研究的對象分解成部分，以為部分研究清楚了，整體也就清楚了。如果部分還研究不清楚，就再繼續(xù)分解下去進行研究，直到弄清楚為止。按照這個方法論，物理學對物質結構的研究已經到了夸克層次，生物學對生命的研究也到了基因層次。毫無疑問這是現(xiàn)代科學技術取得的巨大成就。但現(xiàn)實的情況卻使我們看到，認識了基本粒子還不能解釋大物質構造，知道了基因也回答不了生命是什么。這些事實使科學家認識到“還原論不足之處正日益明顯”。這就是說，還原論方法由整體往下分解，研究得越來越細，這是它的優(yōu)勢方面，但由下往上回不來，回答不了高層次和整體問題，又是它的不足一面。
所以，僅靠還原論方法還不夠，還要解決由下往上的問題，也就是復雜性研究中的所謂涌現(xiàn)問題。著名物理學家李政道對于21世紀物理學的發(fā)展曾講過：“我猜想21世紀的方向要整體統(tǒng)一，微觀的基本粒子要和宏觀的真空構造、大型量子態(tài)結合起來，這些很可能是21世紀的研究目標”。這里所說的把宏觀和微觀結合起來，就是要研究微觀如何決定宏觀，解決由下往上的問題，打通從微觀到宏觀的通路，把宏觀和微觀統(tǒng)一起來。
同樣的道理，還原論方法也處理不了系統(tǒng)整體性問題，特別是復雜系統(tǒng)和復雜巨系統(tǒng)（包括社會系統(tǒng)）的整體性問題。從系統(tǒng)角度來看，把系統(tǒng)分解為部分，單獨研究一個部分，就把這個部分和其他部分的關聯(lián)關系切斷了。這樣，就是把每個部分都研究清楚了，也回答不了系統(tǒng)整體性問題。
意識到這一點更早的科學家是彼塔朗菲，他是一位分子生物學家，當生物學研究已經發(fā)展到分子生物學時，用他的話來說，對生物在分子層次上了解得越多，對生物整體反而認識得越模糊。在這種情況下，于20世紀30年代他提出了整體論方法，強調還是從生物體系統(tǒng)的整體上來研究問題。但限于當時的科學技術水平，支撐整體論方法的具體方法體系沒有發(fā)展起來，還是從整體論整體、從定性到定性，論來論去解決不了問題。正如錢學森所指出的“幾十年來一般系統(tǒng)論基本上處于概念的闡發(fā)階段，具體理論和定量結果還很少”。但整體論方法的提出，確是對現(xiàn)代科學技術發(fā)展的重要貢獻。
20世紀80年代中期，國外出現(xiàn)了復雜性研究。關于復雜性，錢學森指出：“凡現(xiàn)在不能用還原論方法處理的，或不宜用還原論方法處理的問題，而要用或宜用新的科學方法處理的問題，都是復雜性問題，復雜巨系統(tǒng)就是這類問題。”
系統(tǒng)整體性，特別是復雜系統(tǒng)和復雜巨系統(tǒng)（包括社會系統(tǒng)）的整體性問題就是復雜性問題。所以對復雜性研究，他們后來也“采用了一個‘復雜系統(tǒng)’的詞，代表那些對組成部分的理解不能解釋其全部性質的系統(tǒng)”。
根據(jù)系統(tǒng)論思想，錢學森提出將還原論方法與整體論方法辯證統(tǒng)一起來，形成了系統(tǒng)論方法。在應用系統(tǒng)論方法時，也要從系統(tǒng)整體出發(fā)將系統(tǒng)進行分解，在分解后研究的基礎上，再綜合集成到系統(tǒng)整體，實現(xiàn)“1+1>2”的整體涌現(xiàn)，最終是從整體上研究和解決問題。由此可見，系統(tǒng)論方法吸收了還原論方法和整體論方法各自的長處，同時也彌補了各自的局限性，既超越了還原論方法，又發(fā)展了整體論方法，這是錢學森在科學方法論上具有里程碑意義的貢獻，它不僅大大促進了系統(tǒng)科學的發(fā)展，同時也必將對自然科學、社會科學等其他科學技術部門產生深刻的影響。
