人类历史上，有三次颠覆性的科学革命将人类文明引领到了新的历史高度，第一次是以牛顿为代表的一大批科学家推动建立的近代自然科学体系，第二次是以能量守恒与转化定律、细胞学说和进化论三大发现为代表的实验科学体系，第三次是以爱因斯坦相对论为代表的科学观重大变革。我们不难发现，这三次科学革命的产生都和创新范式的改变密不可分。
科技创新范式从通过抽象的思考、推理得出结论的思辨开始，跨越了以记录和描述自然现象为主的实验观测、利用模型归纳总结过去记录现象的理论推演，到对复杂现象进行模拟进而推演出越来越多复杂现象的计算仿真，现已开始步入探索新范式的阶段。
新的创新范式的改变可能伴随着四个典型特征：第一是基础性，它的底层逻辑是科学问题的发现和探索，是颠覆性思想和原理的产生。基础研究是通往创新型强国的直通车。
第二是交叉性，学科交叉是创新思想的主要来源或方式，一些跨学科和交叉领域可能有更多的意外之喜，一旦被应用到其他领域，就会引起人类生活和社会结构的巨大变革。交叉学科以现实中重要实践问题解决为出发点，融合了不同学科的范式，构建了以“问题解决”研究为中心的研究模式，推动了以往被专业学科所忽视的领域研究。
第三是数据性，数据是科学研究的支撑，大数据和人工智能就是能分析科学态势、把握技术走向的新科学方法，擅长在纷繁的数据中发现、建立背后的关联。人类社会也正从“马力时代”“电力时代”，演进到“算力时代”。第四是生态性，科技创新越来越成为破除生态危机、产生生态红利的关键，它来自于人类、自然与科技的智慧融合和协同共生，能引发新技术、新产业、新经济的发展浪潮。