当某个范式已延展到它的极限，异常现象 —— 以当前范式观察到却解释失误的现象 —— 则开始累积。它们的重要性是由该学科的实践人员判断。有些异常现象可能被认为是观察错误，有些只要求目前的范式小小地调整，在适当时机将会辨明。一些异常现象自动地消除了，加深了在这个研究方向的范式可用度。而无论有些异常现象多重大或有多少，库恩指出，除非有其它可信的选择方案提供，实践的科学家并不会对已确立的范式失去信心；在范式担保了问题存有解答的情况下，却失去求解的信心，实际意味着不再是一个科学家。
库恩通过分析科学革命的结构发现:每一次革命都迫使科学共同体抛弃一种盛极一时的科学理论,而赞成另一种与之不相容的理论;...而且每一次革命也改变了科学的思维方式,以至于我们最终需要做这样的描述,即在其中进行科学研究的世界也发生了转变。库恩用“范式”转换来表征这些改变。科学革命是指“科学发展中的非累积性事件,其中旧范式全部或部分地为一个与其完全不能并立的崭新范式所取代”。
在库恩看来,“范式”是否改变就是衡量科学革命是否发生的判据。
范式的改变前后，科学家眼中的世界将发生完全改变，用库恩的话讲“接受一个新范式的科学家会以与以前不一样的方式来看这个世界”，“每一次革命都迫使科学共同体抛弃一种盛极一时的科学理论，而赞成另一种与之不相容的理论。……每一次革命也改变了科学的思维方式，以至于我们最终将需要做这样的描述，即在其中进行科学研究的世界也发生了转变。” “范式一改变，这世界本身也随之改变了。科学家由一个新范式指引，去采用新工具，注意新领域。甚至更为重要的是，在革命过程中科学家用熟悉的工具去注意以前注意过的地方时，他们会看到新的不同的东西。……范式改变的确使科学家对他们研究所及的世界的看法变了。……在革命之后，科学家们所面对的是一个不同的世界。……革命之前科学家世界中的鸭子到革命之后就变成了兔子。”范式转换的结果是新的理论范式将完全代替原来旧的理论范式，使之退出学科发展的舞台。
在库恩的范式理论下，新范式想要被科学家接受，必须具有两个方面的特征：“新范式必须能保留大部分科学通过旧范式所获取的具体解题能力”，同时，“能解决一些用其他方式难以解决的著名的和广为人知的问题”，即在解释力方面“必须优于它的竞争对手”。
一旦范式转移已经发生，教科书会被重写。通常科学史也会被重写，而被表示成一个必然过程，主导现行潮流并确立思想框架。在这个确立框架中的普遍信念是，若有迄今尚未诠释的异常现象，会在恰当的时机被清楚地诠释。库恩指出，解谜过程在科学家职涯中占据了大部分（如果不是全部）时间。他们很有韧劲的追求谜题的解答，因为既定范式之前的成功往往令人产生极大的信心，担保了谜题的解答是存在的，尽管解答可能非常难以得到。而库恩将这个过程称为常规科学。
危机，科学革命的发端
在库恩看来,科学发展表现为“常规科学———反常科学———危机———革命———新常规科学”的进化模式,其中,危机是科学革命的发端。库恩认为,革命虽然也可由其他途径引发,但是这种例子极少。危机作为前奏,“提供一种自我矫正的机制,以保证常规科学的严密性不会永远不受挑战”,新理论就是对危机的直接回答。哥白尼天文学的革命性成就主要源于托勒密范式解决自己的传统问题失败的危机;拉瓦锡的燃烧氧化理论的突现是气体化学的燃素理论含糊性的增加和有用性的降低之危机的典型结果;19世纪后期物理学的危机为相对论的突现铺设了道路。库恩用科学史中这三个非常典型的案例,旨在说明一个新理论只有在常规的问题解决活动宣告失败之后才凸现出来。
其实,阿利斯塔克早在公元3世纪就提出了类似哥白尼的日心说,尽管这种日心说体系更能满足需要但不能引起人们的兴趣,根本原因在于地心说体系在诞生之时以及后来很长一段时间表现得极为合理,而哥白尼的理论虽然并不比托勒密体系更简单更准确,但却被天文学界接受,其重要因素之一就是此时已存在公认的危机,“正是这种危机首先要求创新”。同样,17世纪由雷(Rey)、胡克(Hooke)、梅猷(Mayow)等人提出的肯定地从大气中吸收的燃烧理论,之所以未能得到充分重视也就是因为这些理论“没有与常规科学实践中被公认的难点连接起来”,18- 19世纪的科学家之所以忽视从相对论观点去批评牛顿理论,也必然主要是基于类似的理由。库恩由此得出结论:“科学中像制造业中一样,更换工具是一种浪费,只有在不得已时才会这么做。危机的意义就在于:它指出更换工具的时机已经到来了。”
范式转换的层次性
范式转换可以发生在不同的层次上，范式转换的两个层次：
- 首先，发生在整个科学界的范式转换。
纵观科学发展史，在整个科学界的层次上大约经历了三次范式转换，每次范式转换都经历了范式六个方面内容的转变：科学共同体、语词系统、形而上学假设、共有价值、核心理论和方法论体系、范例。一是古代科学的形成阶段，各个学科开始涌现，出现了“科学”这样一个新的范式，这个范式是与宗教等范式相对应存在的。这个时期的科学共同体还不能说完全形成，理论和方法都非常初级，还没有贯穿整个科学界统一的范式标准，或者说当时存在着诸多具有不可通约性的次级范式；二是从古代科学到近现代科学阶段，这种范式转换具有明显的革命性特征，范式的六个方面内容都出现了革命性的变革。整个科学界形成了一个大的范式，这种范式是与当时的宗教、迷信、文化等相对应的，基本上具有了范式应该具有的特征。虽然不同的科学家从事不同学科的研究，但是他们都相互承认其科学研究的地位，及整个科学界的科学共同体已经形成。同时，在整个科学界已经形成了共有的价值理念和形而上学假设，比如可重复性就已经成为了科学的重要特征。整个科学界也形成了一套部分可通约、可以进行交流的体现范式的语词系统。一些重要的理论和方法论体系也已完善。这个时期的科学经常被称为传统科学或经典科学时期，广义上这个范式时期也包括 19 世纪末 20 世纪由相对论和量子力学等理论引起的科学革命，当然此时也正在孕育着整个科学界新的范式；三是从传统科学或经典科学到系统科学范式的转换，此乃当今正在经历的范式转换。
- 其次，发生在某一学科内部的范式转换。
在各个学科发展史上都经历了多次范式转换。一是学科内部的范式转换。在各个成熟学科发展过程中几乎都经历过范式转换，比如物理学史上从托勒密地心说到哥白尼日心说就属于典型的范式转换，新范式完全取代旧范式。从牛顿力学到爱因斯坦相对论力学的转换也属于范式转换，使牛顿力学范式作为宏观低速领域的近似被使用。化学方面，从斯塔尔为首支持的燃素说向由拉瓦锡完成的氧化学说的范式转换是属于学科内部的范式转换。医学领域，从盖伦医学向维萨里、塞尔维特，尤其是哈维等人完成的近代医学的转换也是属于范式转换。
不可通约性/不可工量性
（Incommensurability）
范式转换具有革命性的作用。标志着这种革命变化的,则是新旧范式之间的不可通约性。“不可通约性”是“范式”的一个基本属性。
范式转换前后的差异具体可以总结为两个方面：第一，“不可通约性”程度的差别：范式转换中新旧范式之间具有完全的不可通约性，当然并不否认部分的“可比较”和 “可交流”。第二，理论的“替换性”：范式转换，替代范式与被替代范式具有完全的替换性，即后一范式完全取代前一范式，或核心内容被完全取代，使被替代范式退出科学的舞台。范式存在明显的理论转换。范式转换举例说明：哥白尼革命引起的天文学范式的转换：从托勒密到哥白尼是属于范式转换，二者理论基础不同，完全不可通约（此处并不否认其继承性）。其次，一旦接受了哥白尼范式即日心说，就必然导致抛弃托勒密地心说，实现完全替换。再比如拉瓦锡的氧化学说取代斯塔尔为首坚持的燃素说也属于范式转换。
“不可通约性”产生的关键是不同“范式”持有者具有不同的世界观、特别是不同的眼光和视野。库恩认为,“科学革命中出现的新的常规科学传统,与以前的传统不仅在逻辑上不相容.而且实际上是不可通约的。”他特别强调不同范式的倡导者之间总有误解存在,没有一方会认可另一方在论证中所需要的所有非经验假设。虽然每一方都可能希望使对方接受自己观察本专业及其问题的方式,他们又都不希望去证明它,范式之间的竞争不是那种可以由证明来解决的战斗。竞争着的不同范式的支持者之间,在观点上总难有完全的沟通。总起来说,这些理由被库恩描述为革命前与革命后的常规科学传统之间的不可通约性,而且明确地指出其要旨是:竞争着的“范式”的支持者对于候补“范式”所应解决问题的清单看法不同,他们的标准或科学的定义也不一样。然而,这种不可通约性还不仅仅表现在标准上。因为新“范式”由老“范式”产生出来,所以它们通常都收编了许多传统“范式”以前使用过的语汇和仪器。但是新“范式”很少以传统的方式去应用这些借过来的要素。在新的“范式”中,老的语汇、概念和实验彼此之间有一种新的关系。这种转变导致的不可避免的结果就是两个互相竞争的学派之间存有误解。只有那些完全转变过来(或根本没有转变)的人才能准确地发现他们之间有哪些一致或不一致。
按库恩的意见,革命前后持有不同范式的科学共同体,仿佛处在不同的世界里,所以他们具有不同的语言。因此,库恩说:“只要把科学共同体看作语言共同体,这就可以解释我和费耶阿本德提出的那个问题。”他说的“那个问题”就是不可通约性问题。他还说,“我们应将持有不可通约性观点的人,看作不同语言共同体的成员,他们之间的沟通问题,在分析上应视为翻译问题。”所以,我们说,不可通约性也即不可翻译性。或者可以说,理解了不可翻译性更有助于理解不可通约性。
参考资料
系统科学理论体系的重建及其哲学思考_叶立国
关于库恩的“范式”：一种科学哲学与社会学交叉的视角_郑杭生
科学革命的本质：科恩与库恩的比较_艾战胜
试谈库恩的‘不可通约性’论点_金吾伦
论库恩的范式概念及其借用_朱爱军
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