A kauzalitás természetét több tudományágban, köztük a filozófiában és a fizikában is szisztematikusan vizsgálják.
A tudományos életben jelentős számú kauzalitáselmélet létezik; az Oxford Handbook of Causation (Beebee, Hitchcock & Menzies 2009) 770 oldalt ölel fel. A filozófián belül a legbefolyásosabb elméletek közé tartozik Arisztotelész négy oka és Al-Ghazali occasionalizmusa. David Hume amellett érvelt, hogy az okságról alkotott hiedelmek a tapasztalaton alapulnak, a tapasztalat pedig hasonlóképpen azon a feltételezésen alapul, hogy a jövő modellezi a múltat, ami viszont csak a tapasztalaton alapulhat – ami körkörös logikához vezet. Következésképpen azt állította, hogy a kauzalitás nem alapul tényleges érvelésen: csak a korrelációt lehet ténylegesen érzékelni. Immanuel Kant Beebee, Hitchcock & Menzies (2009) szerint úgy vélte, hogy “egy oksági elv, amely szerint minden eseménynek oka van, vagy egy oksági törvény szerint következik, nem állapítható meg indukcióval, mint tisztán empirikus állítás, mivel akkor hiányozna a szigorú egyetemesség, vagyis a szükségszerűség”.
A filozófián kívül a klasszikus mechanikában, a statisztikus mechanikában, a kvantummechanikában, a téridő-elméletekben, a biológiában, a társadalomtudományokban és a jogban is azonosíthatók oksági elméletek. Ahhoz, hogy a fizikán belül egy összefüggést ok-okozati összefüggésként állapítsunk meg, általában azt értjük alatta, hogy az oknak és a hatásnak egy lokális mechanizmuson (vö. például a hatás fogalma) vagy egy nem lokális mechanizmuson (vö. a mező fogalma) keresztül kell összekapcsolódnia, az ismert természeti törvényeknek megfelelően.
A termodinamika szempontjából az okok univerzális tulajdonságait a hatásokhoz képest a termodinamika második törvénye révén azonosították, megerősítve az ősi, középkori és karteziánus nézetet, miszerint “az ok nagyobb, mint a hatás” a termodinamikai szabad energia sajátos esetére. Ezt viszont megkérdőjelezik a nemlineáris rendszerek és a pillangóeffektus fogalmának népszerű értelmezései, amelyekben a kis események nagy hatásokat okoznak a kiszámíthatatlanság, illetve a nagy mennyiségű potenciális energia valószínűtlen kiváltása miatt.
Kauzalitás az ellentételezett állapotokból konstruálvaSzerkesztés
Intuitív módon úgy tűnik, hogy az ok-okozati összefüggés nem csupán korrelációt, hanem kontrafaktuális függőséget igényel. Tegyük fel, hogy egy diák rosszul teljesített egy vizsgán, és kitalálja, hogy az ok az volt, hogy nem tanult. Ennek bizonyítására gondolunk az ellenpéldára – ugyanaz a diák ugyanazt a tesztet írja ugyanolyan körülmények között, de előző este tanult. Ha visszatekerhetnénk a történelmet, és csak egy apró dolgot változtatnánk meg (hogy a diák tanuljon a vizsgára), akkor az ok-okozati összefüggés megfigyelhető lenne (az 1. verzió és a 2. verzió összehasonlításával). Mivel a történelmet nem lehet visszatekerni és az eseményeket kis, ellenőrzött változtatások után újra lejátszani, az ok-okozati összefüggésre csak következtetni lehet, pontosan tudni soha. Ezt nevezik az oksági következtetés alapvető problémájának – lehetetlen közvetlenül megfigyelni az oksági hatásokat.
A tudományos kísérletek és a statisztikai módszerek egyik fő célja, hogy a lehető legjobban megközelítsék a világ kontrafaktuális állapotát. Például lefuttathatunk egy kísérletet egypetéjű ikrekkel, akikről tudjuk, hogy következetesen ugyanazokat a jegyeket kapják a dolgozatokon. Az egyik ikert hat órára tanulni küldik, míg a másikat elküldik a vidámparkba. Ha a teszteredményeik hirtelen nagymértékben eltérnének egymástól, ez erős bizonyíték lenne arra, hogy a tanulás (vagy a vidámparkba járás) ok-okozati hatást gyakorol a teszteredményekre. Ebben az esetben a tanulás és a teszteredmények közötti korreláció szinte biztosan ok-okozati összefüggést jelentene.
A jól megtervezett kísérleti vizsgálatok az egyének egyenlőségét, mint az előző példában, csoportok egyenlőségével helyettesítik. A cél két olyan csoport létrehozása, amelyek hasonlóak, kivéve azt a kezelést, amelyet a csoportok kapnak. Ezt úgy érik el, hogy az alanyokat egyetlen populációból választják ki, és véletlenszerűen osztják be őket két vagy több csoportba. Annak valószínűsége, hogy a csoportok (átlagosan) hasonlóan viselkednek egymáshoz, az egyes csoportokba tartozó alanyok számával nő. Ha a csoportok a kapott kezeléstől eltekintve lényegében egyenértékűek, és a csoportok eredményében különbség figyelhető meg, akkor ez bizonyíték arra, hogy a kezelés felelős az eredményért, vagy más szóval a kezelés okozza a megfigyelt hatást. A megfigyelt hatást azonban a “véletlen” is okozhatja, például a populációban bekövetkező véletlen zavarok eredményeként. Léteznek statisztikai tesztek annak a valószínűségnek a számszerűsítésére, hogy tévesen arra a következtetésre jutunk, hogy egy megfigyelt különbség létezik, amikor valójában nem (lásd például a P-értéket).