В эпоху эллинизма бурно развивается география. После дальних походов Александра Македонского грекам стали известны многие новые земли, причем не только на Востоке, но и на Западе. Примерно в то же время путешественник Пифей (Питеас) из Масси лии (IV в. до н. э.) совершил плавание в северную часть Атлантического океана. Он обогнул Британские острова и, возможно, достиг берегов Скандинавии.
Накопление новых эмпирических данных требовало их теоретического осмысления. Этот процесс связан в первую очередь с именем великого ученого Эратосфена Киренского (ок. 276—194 до н. э.), работавшего в Александрии и в течение многих лет возглавлявшего библиотеку Мусея. Эратосфен был одним из последних античных энциклопедистов: астрономом, математиком, филологом. Но наибольший вклад он внес в развитие географии. Эратосфен первым предположил существование на Земле Мирового океана. С удивительной для того времени точностью он вычислил длину земной окружности по меридиану и нанес на карты сетку параллелей. При этом за основу была взята восточная шестидесятеричная система (окружность Земли делится на 360 градусов), сохраняющаяся и по сей день.
Уже на исходе эпохи эллинизма Страбон (64/63 до н.э. – 23/24 н. э.) составил описание всего известного тогда мира – от Британии до Индии. Хотя он был не ученым-исследователем, делавшим оригинальные открытия, а скорее популяризатором науки, тем не менее его фундаментальный труд весьма ценен.
Естествоиспытатель и философ, ученик Аристотеля, руководивший после него Ликеем, Феофраст (Теофраст, 372—287 до н. э.) стал основоположником ботаники.
В III в. до н. э. врачи Герофил (р. ок. 300 до н. э.) и Эрасистрат (ок. 300 – ок. 240 до н. э.), практиковавшие в Александрии, разработали научные основы анатомии. Прогрессу анатомических знаний во многом способствовали местные условия: вскрытие трупов в Египте не только не было запрещено, как в Греции, но, напротив, регулярно делалось при мумифицировании. В эпоху эллинизма была открыта нервная система, составлено правильное представление о системе кровообращения, установлена роль мозга в мышлении.
Из наук, которые ныне принято называть гуманитарными, в эпоху эллинизма наибольший приоритет получила филология. Ученые, работавшие в Александрийской библиотеке, составляли каталоги ее книжных богатств, исследовали и сопоставляли рукописи с целью определения наиболее аутентичных текстов древних авторов, писали комментарии к произведениям литературы. Крупными филологами были Аристофан Византийский (III в. до н. э.), Дидим (I в. до н. э.) и др.
Историческая наука в эллинистический период находилась на более низком уровне, чем в классический. Пожалуй, лишь «Всеобщая история» Полибия (ок. 200 – ок. 120 до н. э.) может быть сопоставлена по значению с трудами Геродота или Фукидида. В сочинениях остальных историков анализ событий истории либо отходил на второй план перед умозрительными рассуждениями (как у философа и историка вв. до н. э. Посидония), либо подменялся механическим компилированием (как у Диодора Сицилийского).