פיזיקה, כימיה, ביולוגיה ואסטרונומיה נלמדות דרך תצפית וניסוי ישיר בכיתה, לפני שהתלמידים עוברים לניסוח חוקים ותיאוריות — עקרון "החוויה קודמת לידיעה".
מדעי הטבע כתחום לימוד עצמאי מתחילים בשנים אלו, תמיד בצורה איכותית-תיאורית מלאת חיים — הגישה המדעית המתבוננת והמנתחת עדיין אינה מתאימה להלך הנפש של הילדים בגיל זה. ידע החיות הראשון נפתח מתוך התבוננות באדם עצמו כ"מידה" שאליה מתייחס עולם החיות: כל מין חיה מפתח באופן חד-צדדי מיומנויות ספציפיות, בעוד האדם מהווה מעין סינתזה של ממלכת החיות כולה. בהתבוננות בעולם הצומח נוצרת מקבילה בין שלבי ההתפתחות של הצמחים לשלבי ההתפתחות של הילד עצמו. בכיתה ו' מופיע לראשונה עולם המינרלים בתקופת מינרלוגיה, לצד תחילת הפיזיקה — חוויית תופעות יסוד באקוסטיקה, אופטיקה, תורת החום, מגנטיות וחשמל סטטי, ללא תיאוריות וניסוח השערות.
בכיתה ז' מצטרפת הכימיה: התוודעות לעולם החומרים דרך גישה פנומנולוגית, כשהאש ותהליך הבערה עומדים בראשית התקופה ומובילים דרך שריפת סידן לחומצות, בסיסים ומתכות. הפיזיקה מתרחבת למכניקה — כוחות הכובד, שדורשים חוויה ולא רק הבנה מופשטת. בכיתה ח' עוברת הכימיה לתופעות הטבע האורגני, והביולוגיה עוסקת ב"אנטומיה" — שלד האדם, מכניקת העצמות והשרירים, והשוואה לשלדי חיות, לצד לימוד העין והאוזן כ"מכשירים" אופטיים ואקוסטיים. בכיתה ז' מוקדש שיעור ביולוגיה לבריאות ותזונה.
בתיכון ממשיך הלימוד העיוני של מדעי הטבע — פיזיקה, כימיה וביולוגיה — ברמה מעמיקה, לקראת בגרות מלאה, לצד עבודה מעשית בסדנאות ופרויקטים המשלבים תיאוריה ותצפית.