面对纷繁杂扰的世界，如何进行判断并得出正确的结论成为人们首先要解决的问题，对观察和实验的依赖就变得理所当然。罗吉尔·培根指出真正的学者应当靠“实验来弄懂自然科学、医药、炼金术和天上地下的一切事物”。他还谆谆告诫世人：证明前人说法的唯一方法只有观察与实验。布鲁斯说：“如果你希望知道胡椒是热性的，醋是凉性的，药西瓜和洋艾有苦味而蜂蜜有甜味，乌头有毒，磁石吸铁，砷使黄铜变白而锌土则使其变成橙色，对这些例子中的任何一个，你都必须要用实验来检验其是否正确，其他任何方式都不能替代。”。达·芬奇认为真正的科学是从观察开始的，“科学如果不是从实验中产生并以一种清晰的实验结束，便是毫无用处，充满谬误的，因为实验乃是确实性之母”。在他看来，对于自然界的观察与实验，是科学的独一无二的真方法。古代著作家的知识，作为研究的起点是有益的，但绝不能作为最后的定论。
帕拉塞尔苏斯更是主张把自己的观察和实验的结果用到医疗上，他还说：“人们靠内心的默想，决不会知道万物的本性”，“眼所看见的，手所接触的，才是他的老师”。医药化学家们强调应该通过化学的方式（实验）从自然中获得真理，而不应该埋头于书本知识，应该向具有实际经验的普通人学习，而不应该向古代权威学习。英国人杰纳德·温斯坦利（Gerrard Winstanley，1609—1676年）在他所著的《平台上的自由法则》（The Law of Freedom in a Platform）一书中辩解道，“世上的万事万物没有什么是凭空想象出来的，必须通过他自己的勤奋努力和在实验中的观察来发现”。著名的英国学者约翰·韦伯斯特（John Webster，约1580—1632年）呼吁必须废止牛津大学和剑桥大学的学究气息，把观察和实验置于前所未有的重要地位。并声称，在化学实验室里工作一年，会比对亚里士多德的原文争论几个世纪更有益。由此可以看出，观察与实验成为研究的基础，其重要性日益凸显出来。
做实验是欧洲炼金术士从阿拉伯炼金家那里学来的。在实验的早期阶段，炼金术士们为了得到炼成金、银等贵金属的结果，他们亦步亦趋地紧随前人的脚步。阿拉伯炼金家的手稿及著作成为金科玉律，各种成分的含量都严格按照手稿中的记录来配制，不敢有丝毫逾越。能够炼出黄金就是遵从了手稿的结果；如果炼不出来，则是自身实验操作的失误。如此循环反复。格伯描述过人工制取辰砂的方法：“取圆玻璃器，放入一些汞。复取黏土瓦罐，里面盛黄色的硫粉。将容器置于瓦罐上，用硫填至其边缘，封闭瓦罐空隙，以文火将瓦罐在炉火上过夜。以后就发现汞变为血红色岩石，此即辰砂。”在17世纪出版的《新医学之光》（Novum Lumen Medicum）中我们也可以看到类似制取哲人石的过程。“罐子中的石头由黑变白，其间包括一个外层呈白色，内层仍是黑色的中间过程。最后，当颜色由白变红时，在密封的罐子底部有让人不易察觉的红色粉末从黑土中分离出来，这些红色粉末可以作为丹药加入到金属嬗变的过程中。”
阿诺德在他的著作《哲学家的念珠》（Rosarius Philosophorum）中的实验部分就强调了严格按照比例配制的思想。“首先我们被告知酵素的重量应超过硫的重量，后来更加确定的是一磅白硫应有三份酵素。即要生成银，一磅半气必须结合两磅水和三磅土。同样过程要一磅半火、两磅土、水和气各三磅相结合。这就是定量化学在它的婴幼儿时期蹒跚的步伐，但它毕竟是在学习走路了。对这个过程的所有步骤，炼金术士都应知道当前每种元素和相关冷和热、干和湿的数量。”这说明当时炼金术士们的思想状态仍然是停留在被动接受的状态。因为没有其他可供参照的东西，只能沿用前人留下的著述，并尽力地用自己的实验去证明与著述上的记载结果相吻合。虽然，这种行为看来近乎可笑，但正是通过炼金术士们的重复实验，拥有了尽可能详细的实验记录，这才有了许多成为以后实验参照的数据，让自己动手实验成了人人可以接受的观念。
如果说炼金术士们还只是依照手稿上的步骤来进行实验的话，那么，后来的医药化学家不仅重复以前的实验，还突破这个桎梏，将实验作为证明自己观点的手段。他们通过实验明白地确证自己想要得到的结果，已经由被动的接受变为主动的吸收和创造。除了前文提及的柳树实验外，赫尔蒙特为了证明物质不灭，还做了沙子的实验。这个实验如下：将二氧化硅称量后和碱混合在一起熔化，生成水玻璃，而后用酸分解，测量沉淀出来的二氧化硅的重量，证明其重量和熔化前没有区别。他还用等重的硝石、矾、明矾首先干燥，再混合在一起，然后蒸馏制取硝酸。
李巴乌给出了一种分析矿质水的方法，即让矿质水蒸发，再比较含盐残渣的重量和蒸发掉的水的重量。他还指示过一种确定矿质水的简捷方法，即确定水中是否含有金属盐、碱式盐和土盐。把一块称量过的白布浸泡在待检验的水中，再放在太阳下晒干，然后再称量一下，如果白布重量增加，出现斑点，那么这水必是含有固定的矿物质。他还第一次证明了，加强热于矾类（硫酸盐）所制取的硫酸，同硫与硝石混合燃烧制取的硫酸是一样的。安格罗·沙拉（Angelo Sala，1576—1637年）于1617年描述过怎样用称过重量的铜、硫精（即硫酸）和水制出了硫酸铜。然后他再分解该化合物，发现分解后的分量、比例和化合前的一模一样。从这些实验可以看出，医药化学家们不再盲目地追随前人的结论，他们在实验中融入了自己对事物的看法和分析，开始用自己的眼光解释物质变化。
医药化学家们将实验中得到的数据记录下来，传诸后世。巴西尔·法兰亭最有名的著作《锑的凯旋车》中对锑的化合物和无机酸的制备记载得极其清楚，被誉为第一本专门论述某一种金属的化学专著。并且法兰亭还非常熟悉砷、锌、铋、锰及汞和铅等金属的制备。李巴乌介绍了怎样用发酵和蒸馏的方法从谷粒、水果中制取酒精。他还用含金属氧化物的彩色玻璃制造了人造宝石，从而表明萤石是金属极其氧化物的助熔剂。他还最早制备硫酸铵，记载铜在氨中产生蓝色的情形。李巴乌于1597年出版了一本名为《炼金术》的教科书，书中首先描述了实验室操作技术设备、化学器皿和各种仪器，特别是加热和蒸馏装置。在第二卷中他研究了各种物质和它们的制取及使用方法。在他的《工艺大全》一书中，对王水和硫酸的制备方法叙述得十分清楚。还第一个提出在泥坩埚中将食盐和水一同加热来制取盐酸的方法，并简明扼要地叙述了四氯化锡的制备。
阿格里柯拉和比林格西奥描述了从事矿山开采、金属品制造和早期化学工业的经历，并收集了大量新的事实数据和观察结果。阿格里柯拉在《金属学》的后一部分详尽叙述了化学物品的制备方法。格劳伯在《新式炼金炉》（1648—1650年阿姆斯特丹版）一书中，谈到许多化学器械和化学操作。同时期的另一本书中，他将蒸馏术描述为一种艺术，且书中还介绍了包括盐酸、硝酸、硫酸和多种盐的衍生物的制取方法。在《炼金药典》（Pharmacopoeia Apagyrica，1654年纽恩堡版）一书中，他开列了用于医疗的化学药品的许多制方。在《德国的繁荣》（Teutschlands Wohlfahrt，公元1656年阿姆斯特丹版）一书中，他写道，“那些懂得火及如何使用它的人将永远不会受贫穷的困扰，而不懂的人也将得不到自然界中所包含的财富”。此外，他还从化学方面提出了不少能使德国在经济上自给自足的精辟建议。
在不断的实验中，医药化学家们发现了许多以前人们所不认知的新的化合物。帕拉塞尔苏斯描述过他制得的一种“矾精”（醚），“这个东西有可爱的气味，就是鸡也喜欢吃，鸡吃了之后就睡一会，但醒来不受损害”。李巴乌发现氯化锡，因此它长期以来一直被称为“李巴乌发烟精”。以格劳伯名字命名的“格劳伯盐”就是用矾和普通盐制备所谓的“盐精”（也叫“粗盐酸”即盐酸）留下的残渣，经溶解和结晶而成。他还发现，蒸馏盐与硝石和矾油的混合物所获得的液体也可以像王水一样溶解黄金。用硝石和矾油加热，也可得到一种特制纯净的王水（aqua fortsi）。炼金术士和医药化学家们划分和对比不同物质的物理特征及它们的相互作用，他们记录下实验的结论，提高了认识物质本性的能力。
对观察的依赖不断增长以及在观察基础之上的实验的发展，增加了对新方法的需求，定量研究与天平的使用广泛起来。炼金术士们很早就在实验中运用定量研究的方法，因为不管是炼金还是制药都需要按比例将各种物质混合在一起。随着实验过程的精密化，也只有通过精确的定量研究才能达到预期的效果。定量方法为化学研究提供了不可辩驳的证据，并成为一种普遍采用的方法。而且，从詹巴蒂斯塔·迪拉·波塔（Giamtattista della Porta，约1535—1615年）的著作中，即可看到定量观念的广泛传播。波塔描述了从香精中馏出香水的方法，并且第一次测定了产量。在欧洲，为了降低生产贵金属的成本，起码要具备矿石品位的可靠知识，掌握在金银离析过程中进行精心控制以及在精练过程中对金属纯度做精确化验的技术。因此，精确测量质量的方法也引入了化学的所有分科。这对于化学工业的发展也起了推动作用。
定量测定离不开天平的使用，阿拉伯炼金家最早使用天平，但那时的天平尚不能进行精确称量，这也促使人们不断研究天平的原理和构造。库沙的尼古拉就提倡过广泛使用天平。藏于大英博物馆由诺顿（Norton）写于1477年的手稿副本《醛亚胺之序》（Ordinall of Aldimie）中，就有一幅精美的微缩画，描绘出在实验室工作的炼金术士。他坐在桌前，桌上放着一台用玻璃盒子密封的天平，这个天平和现在化学上使用的天平十分相似。16世纪工艺化学时期，冶金化学和矿物化学的进步，要求对矿物进行精确的测定和称量，天平开始广泛应用，甚至砝码的制造和校准都有了严格规定。从此，定量的方法和天平成为欧洲化学家进行研究不可缺少的工具。从前文也可以看出，医药化学家们大多能熟练地运用天平进行称量，并通过称量结果来定量分析。而且，依靠化学操作，如金属提取、贵金属的精炼、玻璃和陶器制作、苏打和肥皂的加工、矿物酸的制备和蒸馏等，使得化学工业有了大的进步，并让化学知识更加理性化。
罗吉尔·培根曾提出的观点“实验科学左右着其他一切科学的最后结论，它能揭示用一般原则永不能发现的真理”，到这时得到证实。人们逐渐认识到“实验科学胜过各种依靠论证的科学，因为无论推理如何有力，这些科学都不可能提供确定性，除非有实验证明它们的结论。只有实验科学才能决定自然可以造成什么效果，人工可以造成什么效果，欺骗可以造成什么效果。只有它才能告诉我们怎样去判断魔术家的愚妄，正如逻辑可以用来检验论证一样”。13世纪欧洲涌现出的实验风气，被炼金术士和医药化学家保持下来，通过不间断的努力，才使得实验科学的观念在人们的心目中确立起来，在以后的科学研究中得以蓬勃发展。实验科学观念的确立摒弃了长期以来理论与实践相脱离的原则，科学家们更乐意亲自用实验来证明自己提出的观点或发现新物质。这样，科学就走上了一条正确发展的道路。