同時，嚴復還運用這個理論，對中國流傳的幾種錯誤自然觀進行批判。例如朱熹主張萬物由理與氣結合而成，可是又認爲理在氣先，理是最高的本體。嚴復說：“朱子主理居氣先之說，然無氣又何從見理？”理是抽象的理，若理在氣先，理也就沒有具體的氣作爲依附，又從什麼地方發現和認識這抽象的理呢，所以他又說“若自本體而言，亦不能外天而言理”，這也就是說，朱熹這種唯心主義的理氣說是不能成立的。又如中國自古流行的另一種錯誤的自然觀是神秘主義的五行觀。嚴復批判說：“五行者，言理之大詬也，所據既非道之真，以言萬物之變，烏由誠乎。”這是認爲五行觀完全違背科學的道理，因爲這種理論所根據的五行，並不是通過觀察客觀的事實歸納貫通而來，而是由主觀的臆測所成。用五行的相生相剋解釋萬物的變化，也不符合實際情況，結果“開口便錯”，無一是處。他說中國人不懂科學，“五行實爲厲階”。
嚴復的唯物主義自然觀以當時自然科學的成就作爲基礎，不同於樸素的唯物主義，他對五行觀的批判就表現出這個特點。從這方面說，他的唯物主義自然觀與西方近代的機械唯物主義有比較接近之處。無限的自然界，在千變萬化的形態中發展，追問這些變化發展的原因，沒有人能夠答覆。因爲自然界所以如此，就是自然而然，由自然界本身的性質決定的，“鹹其自己而已，無所謂創造者也”。恩格斯說：“不可知論者的自然觀，完全是唯物主義的。整個自然界是受規律支配的，它絕對排除任何外來的干涉。”嚴復的自然觀主張“一氣之行，物自爲變”，正是一種排除任何外來干涉的唯物主義自然觀。
嚴復從自然界都是物質所構成的，受各種科學規律的支配，既沒有開始，也沒有終結的理論出發，批判了真宰、上帝創造世界，支配和干涉世界的唯心主義宗教說教。他說：“日月之經天，江河之行地，寒暑之推遷，晝夜之相代，生此萬物以成毀生滅於此區區一丸之中，其來若無始，其去若無終，問彼真宰，何因若是，雖有大聖，不能答也。”
嚴復的自然觀雖然以當時西方自然科學的成就作爲基礎，但有時候，他對自然科學的瞭解也是粗淺和混亂的，例如他用所謂“質力雜糅”來說明人的生理和心理現象的例證，就是如此。有時候，他又將他的理論與中國古代思想相比附，劃不清唯物主義與唯心主義的界限，例如他認爲西方的“名數質力四者之學”與《易經》中的乾坤等卦象相類似，顯然是錯誤的附會。他還說：“老謂之道，周易謂之太極，佛謂之自在，西哲謂之第一因，佛又謂之不二法門，萬化所由起訖而學問之歸墟也。”嚴復在這裡又將中西方古代唯心主義的最高原理。來說明他所謂的宇宙的根源和一切理論的根據，也表明他在自然觀方面也不能劃清與唯心主義的界限，因而最終將他引向唯心主義的不可知論。
四、經驗主義的認識論和方法論
嚴復在提倡資產階級新文化的過程中，又着重介紹和宣傳了經驗主義的認識論和科學方法論。
他認爲，西方資本主義國家取得富強的關鍵，是由於科學發達，而西方自然科學發達的原因，他們那一套經驗主義的科學方法論起了重要作用。他指出，西方兩百年來科學方面的突飛猛進，培根所提倡的歸納法“摧陷廓清之功爲首”。他概括了西方這種科學的方法論有幾點主要的精神。首先，他們研究問題時，明確以自然界爲研究對象，而不是以書本爲研究對象。他們強調，“第一要知讀無字之書”。培根認爲“凡其事其物爲兩間之所有者，其理即爲學者之所宜窮，所以無大小，無貴賤，無穢淨，知窮其理，皆資妙道”。他們並不認爲對某些事物的研究是“奇技淫巧”而加以鄙視。他們認爲一切書本知識都只是“第二手事”，這些書本雖有參考的價值，但不是研究科學知識的對象，不能作爲科學知識的最後根據。如果完全相信書本知識，即使書本知識是對的，也只能“因人傲計，終當後人”。按照書本亦步亦趨的情況，不可能超過前人而有所創造和前進，何況書本知識本來就不能沒有錯誤。他認爲，這一點實在是中西學術的根本分歧點，“諸公若問中西二學之不同，即此而是”。
其次，西方自然科學的方法要求以實驗和實踐作爲標準，一切規律都必須經過實驗、實踐的檢驗。他說：“然而西學格致，則其道與是適相反。一理之明，一法之立，必驗之物物事事而皆然，而後定之爲不易，其所驗也貴多，故博大；其收效也必恆，故悠久；其究極也，必道通爲一，左右逢源，故高明。”這是說自然科學的方法，不用“虛詞飾說”的空話，不講“盛氣高宮”的大話，“必勤必耐，必公必虛”，探索事物的規律。任何理論和法則，都要求通過實驗、實踐的考驗。
最後，在以自然界爲對象進行研究時，要求從實際出發，發揮個人獨立思考的創造性，他說，在中國明朝以前那一時期，西方的學術也與中國相似，教條主義嚴重，思想異常僵化。到了近代，明確以自然界作爲研究對象後，打破了宗教教條的束縛，不再講究表面的文采裝飾。“先物理而後文辭，重達用而薄藻飾”，開始注重實際的效果；“貴自得而賤因人，喜善疑而慎信古”，提倡大膽地獨立思考。正是具備了大膽創新、獨立思考的精神，邏輯與數學有了進步，“致思窮理”的方法進展到一個新階段，物理化學的科學理論產生了，引導人們對自然界“觀物察變”進入一個新方向，形成了兩百年來各科學術日新月異，大放光彩的局面。
嚴復除了闡述西方科學的方法論的基本精神之外，同時也具體介紹了論述方法論的邏輯學。他說：“乃若問西人後出新理何以如此之多，亦即此而是也，而於格物窮理之用，其塗不過二端，一曰內籀，一曰外籀。”他指出，歸納法（內籀）和演繹法（外籀）是西方自然科學的兩種方法論，運用了這些方法，西方的發明創造層出不窮。所謂歸納法的要點就是“察其曲而知其全者也，執其微以會其通者也”，即考察許多特殊事例後概括出一般規律，通過許多具體現象歸納出抽象法則。演繹法的要點就是“據公理以斷衆事者也，設定數以逆未然者也”，即根據普遍性公理以推斷各種特殊事例，根據已確定的模式以推導將來的變化。他所譯述的《穆勒名學》和《名學淺說》是代表了當時西方這兩種方法論的邏輯學科學水平的名著和入門書，體現了他所闡述的這些要點，對中國當時進一步瞭解西方的科學精神是有幫助的。
他還進一步論述了演繹法的性質及其與歸納法的關係。他說，演繹法這種方法論雖然是根據公理來推斷各種特殊事例，但若因爲這一點就認爲公理是“根於良知，不必外求於事物”，這也是錯誤的。一門學科的公理之所以肯定其爲公理，也“無往不由內籀”，即是通過歸納法所得的結論。即使像數學幾何的公理也是如此，“不必形數公例而獨不然也”。
有些學者主張像數學、幾何這樣學問的公理“根於人心所同然”，並不需要感性認識的具體經驗作基礎。他認爲，這是由於人們有關這些認識的經驗早已存在，各人對於這類經驗的獲得有“顯晦、早晚、多寡”的不同，因而不易爲人所察覺。有些人年輕時就形成這類經驗，像先天具有這些經驗一樣，這一點洛克早已分析清楚了。任何高明的學者，都是以已經發現的事例作爲基礎，歸納出公例，這樣的公例才能成立。凡只憑主觀成見，向壁虛造，都是所謂先驗的“心成之說”。
根據這種先驗論，“執因言果”，往往造成重大的禍害。因此他得出結論說：“於此見內外籀之相爲表裡，絕非二途，又以見智慧之生於一本，心體爲白甘，而閱歷爲採和，無所謂良知者矣。”這就是說，歸納法和演繹法互相補充，其基本精神都是一致的。人心如同白紙，經驗如同彩色，不論是演繹法的公理，或者是歸納法的例證，都來源於經驗。除了經驗之外，人的認識沒有任何其他的來源。所謂人心具有先驗的良知，並沒有任何根據，因而是根本不存在的。在這裡，表明嚴復的方法論完全建立在經驗主義的基礎上，反對唯心主義的先驗論。
嚴復又運用他的經驗主義的方法論，對中國古代的學術思想進行批判。
他批判中國教條主義治學方法的根本錯誤是弄錯了學習研究的對象，“中土之學，必求古訓”，“除六經外無事理也”，完全以書本上所記載的古聖先賢的遺訓而不是以“無字之書”的自然界爲研究對象。這與西方中世紀的情況有相似之處，結果只能陳陳相因，窒息了人天賦的耳目心靈的作用，不可能有任何創造。他曾引赫胥黎的話說：“天下之最可哀而令人悲憤者，無過於一國之民，舍故紙所傳而外，一無所知。”他認爲，赫胥黎這個批評，“無異專爲吾國發也”，完全擊中了中國學術思想的根本要害。他批判當時標榜考據的漢學與治古文詞的辭章、爭碑版的書法等學問一樣，“吾得一言以蔽之曰：無用”。
他還特別批判表面上不受古訓束縛，卻公然提倡先驗主義良知學說的陸王之學。他批判這個學派的人滿足於一些主觀虛構的偏見，“師心自用”，根本不顧及客觀的實際。他們“閉門造車”，自以爲可以“出門合轍”，但是否真能合轍，又根本不去考察證實。這種“向壁虛造”的理論完全是“強物就我”。一般人喜歡這種理論簡易徑直，符合其傲慢懶惰的心理，因而羣起信奉。將這種理論運用到實際中，認爲中國的地廣人多就是富強，而是否真正富強，根本不通過實際進行驗證；認爲外國就是落後於中國的夷狄，而是否真正落後，同樣不通過實際進行驗證。這種盲目自大的結果，“其爲禍也，始於學術，終於國家”。
他也批判主張所謂修己治人之方的宋學。他描繪這些提倡宋學的人，擺幾部學案，印一些語錄，廣說性理，自高自大，拒人千里，學院氣十足。這些人同樣以故紙堆爲研究對象，說一些脫離實際的大話，“所託愈高，去實滋遠”。特別是朝廷在科舉考試中提倡的八股，也來源於宋學，“八股之義，出於集註；集註之作，實惟宋儒”。這種死教條扼殺國家可用之才，其危害更不可勝舉。總之，這些義理之學的所謂宋學，“吾得一言以蔽之曰：無實”。
嚴復提倡全面學習西方自然科學和社會政治學說的主張，當時曾遭到封建反動派的頑強抵制。作爲洋務派代表的張之洞曾提出“中學爲體，西學爲用”、“舊學爲體，新學爲用”的理論，作爲反對向西方學習的根據。他認爲“四書五經，中國史事，政書地圖爲舊學，西政西藝西史爲新學”，要求中學與西學、舊學與新學不可偏廢。實際上，這是頑固地堅持四書五經的教條，反對學習科學，特別是資產階級的社會政治學說。嚴復進一步批判了這種“中學爲體，西學爲用”的理論。他論述體和用是完全統一、不能割裂的。有牛之體即有負重之用，有馬之體即有致遠之用，不能以牛爲體以馬爲用。中學與西學的不同正和牛與馬的不同相似，故中學有中學的體用，西學有西學的體用，“分之則兩立，合之則兩亡”。
他還闡述，封建反動派始終將西方的船堅炮利看做技藝之末，而不知西方技藝的主要原理即是科學。西方各國正是運用了這種科學到社會政治方面，在處理社會政治問題時具有科學的方法論和自由思考的精神，因而產生一些優良的政治措施。西方的科學與政治是本末的關係，這種本末關係也是一致的，“是故以科學爲藝，則西藝實西政之本。設謂藝非科學，則政藝二者乃並出於科學，若左右手，然未聞左右之相爲本末也”。
從嚴復提倡科學和經驗主義方法論，批判封建主義的教條主義和先驗主義的良知說來說，這是代表唯物主義路線對唯心主義路線進行鬥爭。但嚴復的經驗主義，從根本觀點上來說，卻是建立在不可知論的基礎上。他肯定科學的規律具有普遍性和必然性，但科學的有效範圍僅限於與主體相對待的現象領域內，並不能達到物質世界的本體。物質世界的本體是我們無從學習和認識的。