Гемпель внес существенный вклад в методологию и философию науки. Его работа «Критерии смысла» (1950) и более поздняя его точка зрения состоит в том, что различие между значением и бессмыслицей предполагает различные степени осмысленности. В качестве исходных единиц должны рассматриваться не отдельные утверждения, а системы утверждений (СНОСКА: Гемпель К.Г. Логика объяснения. М., 1998. С. 7-30). Гемпель обращает особое внимание на понятие подтверждения, которое в позитивистской традиции было отброшено по причине его сходства с верификацией. Другой проблемой, представлявшей для него интерес, была проблема выяснения отношений между «теоретическими терминами» и «терминами наблюдения». Как, например, термин «электрон» соответствует наблюдаемым сущностям и качествам, имеет наблюдательный смысл? Чтобы найти ответ на поставленный вопрос, он вводит понятие «интерпретативная система».

В так называемой «Дилемме теоретика» Гемпель показал, что при принятии редукционизма, сводящего значение теоретических терминов к значению совокупности терминов наблюдения, теоретические понятия оказываются лишними для науки. Но если же при введении и обосновании теоретических терминов полагаться на интуицию, то они вновь окажутся излишними. «Дилемма теоретика» сильно поколебала позиции позитивизма, так как стало ясно, что теоретические термины не могут быть сведены к терминам наблюдения. И никакая комбинация терминов наблюдения не может исчерпать теоретических терминов.

Эти положения имели огромное значение для теоретической ориентации всего направления философии науки. «Дилемма теоретика», по мнению исследователей, может быть представлена в следующем виде:

§   Теоретические термины либо выполняют свою функцию, либо не выполняют ее.

§   Если теоретические термины не выполняют своей функции, то они не нужны.

§   Если теоретические термины выполняют свои функции, то они устанавливают связи между наблюдаемыми явлениями.