思维方式一方面来源于科学实践，受实践水平的制约；另一方面，一定的思维方式形成后，它又会反过来对科学实践产生重大影响，这种影响有时是长期和深远的，这已为科学发展的历史所证实。众所周知，观察和实验是科学研究中最基本、最普遍的方法，它是认识主体获得感性材料的根本途径。道教之所以能在中国古代化学、医药学和天文地理学领域取得建树，与道教重视观察、勤于实验的科学思维方式密不可分。
人类对自然奥秘的探究始于观察。观察是人们对自然现象在自然发生条件下进行考察的一种方法。在古代社会，先民对自然的认识主要是依靠生产活动的实际经验以及对自然状态下各种事物现象的观察，并以简单的逻辑推论去猜想自然的规律性，从而产生古代的科学知识。《周易》云：“仰以观于天文，俯以察于地理，是故知幽明之故。”?这是中国古代观察思想的最初表露。道教素有“夜观天象”的传统。据《楼观本起传》记载，“楼观者，昔周康王大夫关令尹之故宅也。以结草为楼，观星望气，因以名楼观。此宫观所自始也。问道授经，此大教所由兴也。”?道教重视星象和物候地理的观测，这固然是受先秦道家遗风之影响。司马迁在《谈六家要旨》中指出：“道家者流，盖出史官”，史官在古代即负有执掌天文观测之责。但更为重要的是出于道门自身的内在需要。
首先，道教为实现其“佐国佑民”“身国同治”的政治理想，必然重视天文星占。道教从天人合一的思维模式出发，认为天象与人事密切相关：“天乃为人垂象作法，为帝王立教令，可仪以治，万不失一也”?；“圣人制法，皆象天之心意也”。?观察天象及山川地理的变化，才能推测“天意”（从某种意义上说，天意代表了一种天地万物运动变化的自然规律），从而做到“顺应天意”并“应天而行”，从而治国而国太平，治身而身长生。所以，通过对“妖星、晕珥、云气、虹蜺”的观测来占验人事吉区的占星术，对于时时不忘出山辅佐帝王、致力于天下太平的道教来说，就是一种不可或缺的手段。占星术依据天象的变化来占卜地上年成丰歉、个人祸福、战争胜负乃至国家兴亡，道教对占星术的借重必然促使道门中人积极观测天象，推动了道教天文学的形成与发展。
其次，道教自身修炼的宗教实践活动也要求道门中人通晓天文地理。《丹房须知》云：“修炼之士，必上知天文，下知地理，达阴阳，穷卦象，并节气。”?道人炼丹时，掌握了天文地理知识，就可以“休旺日时，升降火候，进退鼎炉。”?所以，为了要达到延年益寿乃至羽化为天仙或蜕变为地仙之目的，天文地理的观测是不可或缺的。这是因为在道教看来，天地人一体，个体生命的长短夭寿与外界自然环境休戚相关。《太平经》就指出：“天地病之，故使人亦病之，人无病，即天无病；人半病之，即天半病之，人悉大小有病，好天悉病之矣。”?道教炼养以“道法自然”为圭木，强调顺天应时，因此《太平经》严厉批评了那种“内则不能究于天心，出则不能解天文明地理”?之人。“仰观俯察可以赜其机，一始一终度数筹算可以得其理。”换句话说，只有注重对天象、地理、物候的观测，才能探赜索隐，掌握天地运行之机理，做到“体天法象”，达到最佳炼养效果。从这一修道思想出发，道教的许多炼养方术如上清派所传的各种存思北斗七星法、存五方神法以及吞食日气月精星光之类的服气法，都是结合一定的天象地理方位知识构建的。此外，魏晋南北朝时期，道教多层次、全方位梯级神仙谱系的构造，斋醮祭坛的设制，以及步罡踏斗之类的科仪编排，也离不开相应的天文宇宙和地理知识。上述种种因素，无疑会促使道教重视对天文地理现象的观测与研究，从而孕育了深刻的科学观察思想。
我们首先来分析《黄帝阴符经》中的“观变察机”思想。《黄帝阴符经》开篇即云：“观天之道，执天之行，尽矣。”?这是道教观察认识自然思想最精炼的概述。观指仔细观察，任照一注谓：“观则望而可见。”?古文观写作“观”，也寓义于此；天之道即天道，即自然界日月运行及其阴阳变化的客观规律，道书常称之为天机；?执，有掌握、驾驭之意，“执者取而可行”。?清代著名道医徐大椿对此曾有一段精辟的注释：
