Впервые за огромный промежуток времени естествоиспытатель получил возможность изучать природу не по творениям отцов церкви и работам древних ученых, а на основе собственных исследований.
В области исследования растительного мира большую роль сыграла тогдашняя медицина, заинтересованная в изучении лекарственных растений. Составляются многотомные «травники», в которых описываются различные растительные формы. В «травниках» заложены начатки будущей науки. Впервые то, что было начато Аристотелем и Теофрастом, получает дальнейшее развитие. Отто Брунфельс в 1530 г. и Леонард Фукс в 1542 г. опубликовали описание известных им растительных форм, причем Фукс привел также данные о времени и месте их сбора (зарождение основ научной гербаризации). Конрад Гесснер (1516—1565), описав около 500 видов растений, сделал попытку группировать сходные виды в родовые группы. В работах Фукса, Брунфельса и Бука закладываются и основы понятия о виде, как совокупности близко родственных растений.
Огромную описательную работу совершили также Андреа Цезальпин (1519—1603) и Каспар Баугин (1553—1624), которые широко применяли сравнительный метод исследования и пытались построить на его основе систематику растений. Баугин также высказал мысль о необходимости классифицировать растения не по немногим, произвольно избранным признакам, а по их совокупности. Эта мысль вплотную подводила науку к идее естественной системы, противостоящей искусственным системам, в которых растения классифицировались по немногим, субъективно избранным признакам. Баугином было описано до 6000 растительных форм.
В XVI веке расцветает также описательная зоология или зоография.
Крупнейшими зоографами были: Гесснер, автор обширной «Истории животных» (1551—1558), Альдрованди (1522—1605), сделавший попытку построить в своей «Орнитологии» систему птиц, Ронделэ (1507—1556), Белон (1517—1564) и другие исследователи.
Главной заслугой этих и многих других исследователей было описание животных форм. Так, Белон, много путешествовавший, сделал сравнительно много для познания животных азиатских и африканских побережий Средиземного моря. В XVI веке было также начато описание фауны Скандинавии и России. Ряд ученых посвятил себя изучению фауны Америки, Восточной Индии, Африки (Иоганн Лео). С другой стороны, появляются специальные работы, посвященные отдельным животным группам, в особенности млекопитающим, птицам, змеям, рыбам, насекомым и моллюскам.
Таким образом, в течение описываемого периода происходила энергичная инвентаризация растительных и животных форм.
Наряду с чисто «инвентаризационной» работой, в XVI и XVII веках быстро развивается анатомия.
В области анатомии животных начало было положено работами Андреа Везалия, Габриеля Фаллопия, Джироламо Фабрицио, Бартоломея Евстахия, Констанцо Варолио, Марка Аврелия Северино, Андриана Спигелиуса, Гарвея и других ученых.
Огромный интерес представляют работы Вильяма Гарвея (1578—1657). Гарвеи открыл явление кровообращения (1628) и занимался эмбриологическими исследованиями, которые привели его к формулированию общебиологического положения о происхождении всего живого из яйца. «Все животные, писал Гарвей, в том числе живородящие, включая сюда и человека, развиваются из яйца». Гарвею принадлежит также идея, что высшие организмы проходят ступени развития, которые соответствуют организации нижестоящих форм. Анатомические работы Гарвея были тесно связаны с физиологией, которую он существенно обогатил введением экспериментального метода.
Несколько позднее Ренье де Грааф (1641—1673) углубился в изучение половых органов высших позвоночных и показал, что в яичнике млекопитающих развиваются пузыревидные образования, соответствующие яйцам в яичнике птиц. Он пришел также к выводу, что оплодотворение яйца млекопитающего происходит через проникновение семени в фаллопиевы трубы и что затем яйцо развивается в матке. В память о его работах зрелые яйцевые фолликулы яичника были названы граафовыми пузырьками.
Приведенные выше факты, число которых можно было бы сильно увеличить, показывают, что ученые описываемой эпохи начинают проникать в детали строения и функций органов.
Анатомические исследования распространяются также на беспозвоночных. Так, Мальпиги (1628—1694) впервые описал анатомию и эмбриологию шелковичного червя и дал точное описание трахей насекомых. Ему же принадлежит открытие мальпигиевых сосудов насекомых, названных так по его имени. Сваммердам (1637—1680) изучал анатомию моллюсков и насекомых. Стеллути подробно исследовал анатомию пчелы (1625) и т. п.
Грю (1641—1712) и упомянутый Мальпиги далеко продвинули вперед знания по анатомии растений, широко применяя и в этой области сравнительный метод исследования. Были описаны проводящие сосуды растений, обосновано понятие о растительных тканях и в частности понятие о паренхиме (Грю) и т. п. Камерариус (1665—1731) точно описал половые различия у растений.
В XVI веке при биологических исследованиях уже использовалось увеличительное стекло. В 1592 г. Гуфнагель при его помощи описал большое число насекомых. Упоминавшийся Стеллути, повидимому, впервые применил для своих исследований по анатомии пчелы не только лупу, но и микроскоп (1625). В 1665 г. Роберт Гук опубликовал первые данные о клеточном строении растений, а Левенгук (1632—1723) при помощи примитивного микроскопа открыл мир существ, невидимых невооруженным глазом.
Таким образом к концу XVII и в первой половине XVIII века накапливается огромный описательный материал.
Последствия этой описательной работы были двоякие. Во-первых, естествоиспытатели описываемого времени вскрывают, во всей широте, явление стройного многообразия растительных и животных форм. Во-вторых, они углубляют учение, об организмах, включая в их характеристику не только наружные морфологические признаки, но и анатомические.
Эти завоевания имели огромное значение, так как они были отправным пунктом развития следующего периода биологических наук — периода систематики.