希腊化的大都市中充满来自世界各地的人口，每个城市的外来者也一起带来了自己的宗教仪式。荒唐的宗教仪式的扩散、通晓多种语言的神祗的万神殿、四处传播的巫术仪式以及伪科学，并不一定意味着迷信的绝对增强，它们也表明了思想的自由交流。这打破了根深蒂固的祭祀体制的绝对权威，让智者自由地讨论实践科学，免受祭司集团利益和盲从信徒的干扰。
与此同时，巴比伦古代神庙的研究机构仍在照常运作。直到公元前20年，研究者仍在用楔形文字撰写数学文献和天文观测记录。从西方来的希腊人时常造访这些古代的学术中心，然后取得相当于我们今天博士的“占星术师”头衔。实际上，亚历山大的征服开创了希腊和巴比伦科学家之间两个世纪富有成果的合作。由此，青铜时代东方的文明成果，才得以保存并流传至今。
希腊化时代的雅典依然是当时最著名的哲学城，柏拉图的弟子们仍在阿加德米的学园中讲授柏拉图的理论和学说。
公元前335-334年间亚历山大大帝刚征服希腊并挥军东征之际，亚里士多德重返雅典，创立吕克昂学园，它建有大规模的博物图书馆——其藏书后成为亚历山大里亚图书馆的基础，会集众多学术俊才授业与研究。亚历山大大帝将东征途中所经国家的观察资料一一记录，源源不断地送回雅典，由亚里士多德及其弟子整理研究。亚里士多德让弟子分别研究不同的学科，将当时大量零散的科学观察成果汇集起来，进行系统整理，形成包括当时所有已知事实和新事实的大百科，学园成为当时希腊的文化中心。
亚里士多德是百科全书式的学术巨子。他将逻辑学视为研究一切知识的思想工具，将全部知识分为理论知识——哲学、数学和自然科学、实践知识——伦理学、政治学、家政学即经济学和创制知识——诗学、修辞学三大类，他几乎系统研究了当时哲学和科学文化的各门知识，各有系统的理论建树，使它们初具学科形态。他的博大精深的知识体系是希腊古典文明的最高精神文化成就和全面总结。亚里士多德批判地总结泰勒斯以来的各派希腊哲学，和柏拉图的理念论分道扬镳。他注重经验与理性结合，从科学知识与社会、文化的实际出发，建立演进、深刻的哲学体系，体现了科学理性与人文精神的有机结合。
出生于塞浦路斯的东方闪米特人芝诺在雅典集贸市场的被称作斯多噶柱廊的“彩色柱廊”讲学，伊壁鸠鲁在雅典的私家花园中创办了另一家学园。这些学园由学生和友人的捐赠维持，学园的主人同助手和学生们生活在一起，园中有演讲室、图书室和研究室。
希腊化时期的雅典如同一所拥有四个学院阿加德米、吕克昂、斯多噶和伊壁鸠鲁的大学，以亚历山大里亚博物馆为榜样而建，又成为后来的科学院和大学的榜样。虽然政治上衰落，但在其他方面远远超过了伯里克利时代。雅典成为全希腊的教育中心，吸引了大量的求学青年。
公元前322年， 古希腊最伟大的科学家亚里士多德逝世， 雅典科学时代结束，希腊科学的中心由雅典转移到了亚历山大里亚。这座由亚历山大大帝于公元前332年建立，后来又成为托勒密埃及的首都的城市地理位置特殊，勾连亚非欧三个大陆，便于各种成熟的古代文明在这里交汇。
东征途中，亚历山大大帝随军带着工程师、地理学家、测量师，及时地绘制被征服国家的地图，记录下这些国家的资源，搜集了大量关于博物学和地理学的观察资料送回雅典，由亚里士多德及其弟子整理研究。地理学因此从中发展起来，后来的植物学也往往得益于这些资料。亚历山大的继承者秉承了这一传统，特别是托勒密王朝，希腊化时代的历代托勒密王都很重视技术及科学，有意识地组织和资助科学，科学研究由私人行为转为政府扶持。亚历山大里亚很快成为地中海世界一颗璀璨的明珠，人口、财富、商业、权力，以及最能代表文明水平的艺术方面高度繁荣，成为希腊化时代最重要的文明中心。
在亚历山大里亚，自然科学成为研究的首要兴趣。由于世界性帝国的建立，大量的实际问题，如建筑、航海测量、贸易以及军事技术等等需要自然科学予以解决。这些实际需求推动了机械科学和技术科学的发展，使科学出现了经验主义及实用主义倾向。科学被大量应用到日常工作和生活中。公共大钟——埃及人使用了一千多年的影子钟或希腊人发明的水钟安装在集贸市场上，以利于市民掌握时间。自动开门的机械，洗衣设备可以在适当的时候自动放水和加肥皂。庄园里，庄园主开始用装有螺杆的榨油器来榨橄榄油。祭祀在神庙里安装了自动圣水分配器。利用水压制成的喷水器用于降低火灾造成的损失。杠杆、齿轮、曲柄、螺杆等在日常生活中的应用导致了缆绳道的发明，可以将高处采石场的石块运到低处。
城市生活有了很大进步，富裕的城市市民住进了石头房屋。住房中第一次有了供水系统，街道上也开出了排水沟渠或铺设了管道。新城邦不断兴起，城市规划严谨，街道宽敞整齐，垂直相交，长方形街区中，房屋密集排列。城市以宏伟华丽的市政府建筑为中心，周围有集贸广场，广场四周环绕着柱廊。
希腊人借鉴并发展了埃及人的建筑形式，即使在不足4000人的小城邦，如小亚细亚的普林恩城，广场、体操馆、浴室、赛马场、剧场等公共建筑设施也一应俱全。
公元前290年，托勒密一世修建了一个供学者从事研究和教学的学术中心，这所建筑以缪斯宫而闻名于世，住着当时著名的诗人、哲学家、语言学家、天文学家、地理学家、医生、历史学家、艺术家，以及当时大多数著名的希腊数学家。学院附近建有古代世界最大的图书馆，雇有一大批专事抄写的工作人员，为了研究和交流的方便，还有专门的演讲厅、实验室。其中专门的医学实验室，用托勒密王提供的死囚做活体解剖。学者们发现神经就是一条条的线路，所有痛苦和快乐的信息都通过这些线路传向大脑，由此认识到大脑是神经系统的中心，距离发现血液循环系统只有一步之遥。
那个时代最卓越的学者集中到一起，组成了历史上最早的由政府资助的以及最早的系统化专门化的科学研究机构。公元前3世纪，这些科学家分别在天文学、数学、力学、自然史、地理学方面进行研究，此后两千多年间，这批科学家的著作便是世界科学知识的全部内容，直至近现代科学兴起。
,
