Крупнейшим научным центром эллинистического мира была Александрия с Александрийским мусейоном и Александрийской библиотекой, где работали выдающиеся учёные Средиземноморья. Значительного развития достигло в Александрии изготовление книг, чему способствовала монополия Египта на папирус. Другими важными центрами эллинистической науки были Пергам, Антиохия на Оронте, о. Родос. Большинство учёных, деятельность которых протекала в этих центрах, были греками. Греческий язык стал международным научным языком той эпохи.
Высшие достижения математики и астрономии, особенно расцветших в Александрии в 3—2 вв. до н. э., связаны с именами Евклида, Архимеда, Аполлония Пергского, Аристарха Самосского, Гиппарха из Никеи. В трудах этих учёных эллинистическая наука подошла к ряду проблем: дифференциальное и интегральное исчисление, теория конических сечений, гелиоцентрическая система мира и т. д., нашедших дальнейшее развитие лишь в новое время. Из математиков, работавших в Александрии, известны также Никомед, Диокл, Зенодор (труд «Об изопериметрических фигурах») и Гипсикл, автор XIV книги евклидовых «Начал» и трактата «О многоугольных числах». Селевк из Селевкии (2 в. до н. э.) выступал как последователь гелиоцентрической системы Аристарха, установил зависимость морских приливов и отливов от положения Луны. Успехи теоретической механики были связаны прежде всего с работами Архимеда; известность приобрёл также псевдоаристотелевский трактат «Механические проблемы». Развитию прикладной механики содействовали многочисленные изобретения Ктесибия. Достижения прикладной механики были подытожены в трудах Герона Александрийского.
Походы Александра Македонского стимулировали расширение географических знаний. Ученик Аристотеля Дикеарх около 300 до н. э. составил карту всей известной тогда ойкумены н попытался определить размеры земного шара; его результаты были уточнены Эратосфеном из Кирены, плодотворно работавшим в самых различных областях знаний. Посидоний с о. Родос написал помимо философских сочинений ряд работ по географии, астрономии, метеорологии и др. Труд Страбона «География» (в 17 кн.) обобщил географические знания эпохи.
Накопленные знания в области ботаники были систематизированы Теофрастом. Большой интерес был достигнут в области анатомии человека и в медицине. Деятельность Герофила из Халкедона и Эрасистрата была этапом на пути к созданию научной анатомии. Под влиянием этих учёных на рубеже 3 и 2 вв. до н. э. возникла школа врачей-эмпириков (Филин Косский, Серапион Александрийский и др.), признававшая опыт в качестве единственного источника медицинских знаний.