『위대한 과학자의 생각법 』은 역사적으로 ‘위대한’ 과학자가 어떤 사고 과정을 거쳐서 ‘위대한’ 발견과 발명을 하게 되었는지를 설명한다. 다윈이 어떻게 《종의 기원》의 아이디어를 떠올렸는지, 루이스 앨버레즈가 어떻게 ‘공룡 멸종’의 비밀을 밝혀냈는지, 드미트리 이바노비치 멘델레예프는 왜 ‘주기율표’를 만들었는지, 아인슈타인의 금성의 주기를 어떻게 밝혀냈는지 등, 과학자의 머리 사용법을 알려주면서, 우리 모두의 내면에 '위대한 과학자'가 잠들어 있음을 일깨운다.

서문: 우리 내면의 과학자를 찾아보자
 관찰하고, 생각하여, 테스트한 후, 알린다 | 과학이 우리를 인간으로 만들었다 | 과학자도 똑똑하지 않다 | 우리 내면의 과학자를 찾아보자 | 유레카 | 왜 과학자처럼 생각해야 하는가?

1 단계 관찰하기 LOOKING

 1 장 『종의 기원』과 수집
 비글호에서부터 책으로 나오기까지: 다윈의 배경 | 『종의 기원』 내용 | 『종의 기원』 이후의 진화 | 『종의 기원』 이후 | 우표 수집과 문제 해결

2 장 과학적인 요리법이 최고의 요리를 만든다
 우주선과 기자의 피라미드 | 인공 방사능과 공룡 | 물리학 외의 사례 | 뉴욕 니스카유나 마을의 아이언 셰프

3 장 건초 더미에서 바늘 찾기
“끔찍한 일을 저질렀어” | 검출할 수 없는 것을 검출해내기 | 땅 속 깊은 곳에서의 천문학| 다른 과학 분야| 책 사냥꾼

4 장 ‘갤럭시 주(Galaxy Zoo)’에서 왈도 찾기
 인간 vs. 컴퓨터| 변광성과 거리 | 별의 죽음과 그 후 | 갤럭시 주 | 주니버스 118

 2 단계 생각하기 THINKING

 5 장 표(주기율표) 만들기
 교과서에 사용된 주기율표 | 주기성에 대한 확신과 예측 | 주기율표의 확정: 멘델레예프 이후의 화학 | 분류의 중요성

6 장 브리지 게임과 과학적 추론과정
 천 문학 연구에서의 제약 | 은하 회전과 암흑 물질 | 눈에 보이지 않는 증거들 | 다시 지구로

7 장 공룡 그리고 풀리지 않는 미스테리
 일반적인 추리소설 | 공룡에 대한 추리 | 퇴적물에 관한 연구 | 과학의 미스터리

3 단계 테스트하기 TESTING

 8 장 양자(量子)와 낱말맞추기 퍼즐
 낱말 맞추기와 양자의 역사 | 수정과 혁명 | 양자와 낱말맞추기 | 실패한 낱말 맞추기

9 장 맛있는 빵을 굽는 비결
 세부적인 문제점 | 카벤디쉬 실험 | 질량 측정과 보스턴 지하철 | 다른 과학 분야의 사례 | 과학 이외의 분야

10 장 주사위 없이 체스를 하는 것처럼
 과학에서의 경쟁 | 시계는 째깍거리는 것이다: 시간기록의 간략한 역사 | 만약 세 시라면, 이곳은 분명 스케넥터디일 것이다: 시간과 항법 | 12:19:35.167534237에서 좌회전: 원자시계와 GPS 247 | 다른 과학 분야 | 일단 하고 본다: 생각하는 것을 생각하지 않는 과학적 사고

4단계 알리기 TELLING

 11 장 과학적 스토리텔링
 이야기로 푸는 과학 | 과학에 얽힌 이야기 | 빛과 물질에 대한 이상한 이론 | 천 개의 방정식보다 도형 한 개가 낫다 | 스토리텔링에서 주의할 점 | 과학 분야 외에서의 이야기 방식

12 장 어떻게 일해야 할까? 팀워크!
대규모와 소규모의 과학 연구 | 다른 방식의 협동 | 스포츠와 관련된 더 많은 이야기

13 장 스포츠에 대한 이야기
 농구: 고급 통계 기술 | 야구: 다수의 평균 | 투영방법: 과거의 실적이 미래의 결과를 보장하지 않는다 | 다시 판타지 스포츠로

14 장 새빨간 거짓말과 통계
 과학의 불확실성 | 주사위 던지기 여론조사 | 선거 D&D: 여론조사와 몬테카를로 시뮬레이션 | 통계적 유의성의 중요성

 결론: 과학은 결코 끝나지 않는다
 과학은 서구사회의 독점물이 아니다 | 과학은 남자들만 하는 것이 아니다 | 과학은 부자를 위한 것이 아니다 | 과학은 맹목적인 믿음이 아니다 | 과학은 로봇을 위한 것이 아니다 | 과학은 결코 끝나지 않는다 | 과학은 (단순히) 구경만 하는 스포츠가 아니다 | 옮긴이의 말