В качестве основы эмпирического метода Роберт Гроссетест использовал методологическую схему познания Аристотеля. Научное познание начинается с индуктивного анализа (resolutio) опытных данных, предполагающего для каждого явления последовательное отыскание его фактически наличного (quia – что есть), причинного (propter quid – почему есть) и родового (genus) определений. Затем посредством дедуктивного синтеза (compositio) познание вновь проходит этот путь, но в обратном направлении по логическим связям, т.е., исходя из полученной общей посылки (предполагаемой родовой причины), устанавливает видовые отличия (differentiae specificae) следствий и выводит каждое явление определённой области, вновь подвергая познание опытной проверке. Возможности этого метода Роберт Гроссетест показал на примере исследования образования цветов и радуги в трактате «О радуге, или О радуге и зеркале». Понимая, что совершенное знание возможно лишь в случае совпадения наличного определения изучаемого предмета (quia), исходящего из эмпирической фиксации факта, с его причинным определением (propter quid), он искал возможность согласования перипатетической квалитативной физики, призванной объяснять причины наблюдаемых явлений, с восходящим к Платону («Тимей») формально-математическим описанием реальности (ранее использовавшимся исключительно по отношению к астрономическим объектам). Поскольку лишь в математике, которая в отличие от логики, физики и метафизики «есть наука и доказательство в самом строгом и собственном смысле» (maxime et particulariter dicta), имеется та абсолютная достоверность, обусловленная тождеством чувственно воспринимаемого (argumentatio ex res) и умопостигаемого (argumentatio ex verba), которая, по его мнению, присуща актуально постигающему всё существующее Божественному разуму. Опираясь на Аристотеля, Роберт Гроссетест находил это согласование при посредстве света, обладающего, с его точки зрения, пограничным бытием, схватывающим природу как физического (чувственного), так и математического (умопостигаемого) мира. Согласно Роберту Гроссетесту, причины естественных явлений постигаются посредством рассмотрения линий, углов и фигур, поскольку без них невозможно познать естественную философию. Геометрическая оптика, или наука о перспективе (scientia perspectivae), становится у него фактически тождественной «естественной науке» (scientia naturalis) или, во всяком случае, основой последней, поскольку именно свет, телесные свойства которого совпадают со свойствами геометрическими, будучи одновременно и основанием естественных процессов (ratio essendi), и основанием их интеллектуального познания (ratio cognoscendi), делает вещи умопостигаемыми.