關于系統科學，錢學森曾明確指出，系統科學是從事物的整體與部分、局部與全局以及層次關系的角度來研究客觀世界的?？陀^世界包括自然、社會和人自身。能反映事物這個特征最基本和最重要的概念就是系統。所謂系統是指由一些相互關聯、相互作用、相互影響的組織部分構成并具有某些功能的整體。系統在客觀世界中是普遍存在的。
系統是系統科學研究和應用的基本對象。這和自然科學、社會科學等不同，但有深刻的內在聯系。系統科學能把自然科學、社會科學等領域研究的問題聯系起來作為系統進行綜合性和整體性研究，這就是為什么系統科學具有交叉性、綜合性、整體性與橫斷性的原因，也是系統科學區別于其他科學技術領域的一個根本特點，使系統科學處在現代科學技術發展的綜合性整體化的方向上。
系統科學也有三個層次的知識結構。在錢學森建立的系統科學體系中，處在工程技術或應用技術層次上的是系統工程，這是直接用來改造客觀世界的工程技術，但和其他工程技術不同，它是組織管理技術；處在技術科學層次上直接為系統工程提供理論方法的有運籌學、控制論、信息論等；處在基礎科學層次上屬于基礎理論的便是系統學。
系統學是揭示客觀世界中系統普遍規律的基礎科學。這樣三個層次結構的系統科學體系經過系統論通向辯證唯物主義。系統論屬于哲學層次，是連接系統科學與辯證唯物主義哲學的橋梁。
關于系統論，錢學森曾明確指出，我們所提倡的系統論，既不是整體論，也非還原論，而是整體論與還原論的辯證統一。錢學森關于系統論的這個思想后來發展成為他的綜合集成思想。根據這個思想，錢學森又提出了將還原論方法與整體論方法辯證統一起來的系統論方法。
客觀事物普遍聯系及其整體性思想就是系統思想，系統科學體系的建立就使系統思想從一種哲學思維發展成為系統的科學體系，使系統思想發展到了系統科學思想。系統科學體系是系統科學思想在工程、技術、科學直到哲學不同層次上的體現。這就使哲學思想有了科學基礎，把哲學和科學統一起來了，系統科學思想是錢學森對辯證唯物主義系統思想的重要發展和豐富。
在系統科學體系中，系統工程已應用到實踐中并取得顯著成就；運籌學、控制論、信息論等也有了各自的理論方法并處在發展之中。但系統學卻是需要建立的新興學科，這也是錢學森最早提出來的。20世紀80年代中，錢學森以“系統學討論班”的方式開始了創建系統學的工作。從1986年到1992年的7年時間里，錢學森參加了討論班的全部學術活動。在討論班上，錢學森首先提出了系統新的分類，將系統分為簡單系統、簡單巨系統、復雜巨系統和特殊復雜巨系統。如生物體系統、人體系統、人腦系統、地理系統、社會系統、星系系統等都是復雜巨系統。其中社會系統是最復雜的系統了，又稱作特殊復雜巨系統。這些系統又都是開放的，與外部環境有物質、能量和信息的交換，所以又稱作開放的復雜巨系統。
對于簡單系統和簡單巨系統已有了相應的方法論和方法，但對復雜巨系統和社會系統卻不是已有方法論和方法所能處理的，需要有新的方法論和方法。所以，關于復雜巨系統的理論研究，錢學森又稱作復雜巨系統學。
從近代科學到現代科學的發展過程中，自然科學采用了從定性到定量的研究方法，所以自然科學被稱為“精密科學”。而社會科學、人文科學等由于研究問題的復雜性，通常采用的是從定性到定性的思辨、描述方法，所以這些學問被稱為“描述科學”。當然，這種趨勢隨著科學技術的發展也在變化，有些學科逐漸向精密化方向發展，如經濟學、社會學等。
從方法論角度來看，在這個發展過程中，還原論方法發揮了重要作用，特別是在自然科學領域中取得了很大成功。還原論方法是把所研究的對象分解成部分，以為部分研究清楚了，整體也就清楚了。如果部分還研究不清楚，就再繼續分解下去進行研究，直到弄清楚為止。按照這個方法論，物理學對物質結構的研究已經到了夸克層次，生物學對生命的研究也到了基因層次。毫無疑問這是現代科學技術取得的巨大成就。但現實的情況卻使我們看到，認識了基本粒子還不能解釋大物質構造，知道了基因也回答不了生命是什么。這些事實使科學家認識到“還原論不足之處正日益明顯”。這就是說，還原論方法由整體往下分解，研究得越來越細，這是它的優勢方面，但由下往上回不來，回答不了高層次和整體問題，又是它的不足一面。
所以，僅靠還原論方法還不夠，還要解決由下往上的問題，也就是復雜性研究中的所謂涌現問題。著名物理學家李政道對于21世紀物理學的發展曾講過：“我猜想21世紀的方向要整體統一，微觀的基本粒子要和宏觀的真空構造、大型量子態結合起來，這些很可能是21世紀的研究目標”。這里所說的把宏觀和微觀結合起來，就是要研究微觀如何決定宏觀，解決由下往上的問題，打通從微觀到宏觀的通路，把宏觀和微觀統一起來。
同樣的道理，還原論方法也處理不了系統整體性問題，特別是復雜系統和復雜巨系統（包括社會系統）的整體性問題。從系統角度來看，把系統分解為部分，單獨研究一個部分，就把這個部分和其他部分的關聯關系切斷了。這樣，就是把每個部分都研究清楚了，也回答不了系統整體性問題。
意識到這一點更早的科學家是彼塔朗菲，他是一位分子生物學家，當生物學研究已經發展到分子生物學時，用他的話來說，對生物在分子層次上了解得越多，對生物整體反而認識得越模糊。在這種情況下，于20世紀30年代他提出了整體論方法，強調還是從生物體系統的整體上來研究問題。但限于當時的科學技術水平，支撐整體論方法的具體方法體系沒有發展起來，還是從整體論整體、從定性到定性，論來論去解決不了問題。正如錢學森所指出的“幾十年來一般系統論基本上處于概念的闡發階段，具體理論和定量結果還很少”。但整體論方法的提出，確是對現代科學技術發展的重要貢獻。
20世紀80年代中期，國外出現了復雜性研究。關于復雜性，錢學森指出：“凡現在不能用還原論方法處理的，或不宜用還原論方法處理的問題，而要用或宜用新的科學方法處理的問題，都是復雜性問題，復雜巨系統就是這類問題?！?/p>
系統整體性，特別是復雜系統和復雜巨系統（包括社會系統）的整體性問題就是復雜性問題。所以對復雜性研究，他們后來也“采用了一個‘復雜系統’的詞，代表那些對組成部分的理解不能解釋其全部性質的系統”。
根據系統論思想，錢學森提出將還原論方法與整體論方法辯證統一起來，形成了系統論方法。在應用系統論方法時，也要從系統整體出發將系統進行分解，在分解后研究的基礎上，再綜合集成到系統整體，實現“1+1>2”的整體涌現，最終是從整體上研究和解決問題。由此可見，系統論方法吸收了還原論方法和整體論方法各自的長處，同時也彌補了各自的局限性，既超越了還原論方法，又發展了整體論方法，這是錢學森在科學方法論上具有里程碑意義的貢獻，它不僅大大促進了系統科學的發展，同時也必將對自然科學、社會科學等其他科學技術部門產生深刻的影響。
