Useimmissa tieteellisissä kokeissa on vaikea tai mahdotonta todistaa, että jokin on totta. Sen sijaan monet tutkijat esittävät hypoteeseja siitä, mitä heidän mielestään tapahtuu. Hypoteesit voivat olla kaksi tai useampia ristiriitaisia mahdollisuuksia, vain yksi voi olla totta ja tyhjentävä, ja ne kattavat kaikki mahdolliset tulokset. Hypoteesia, jonka katsotaan pitävän paikkansa, kutsutaan nollahypoteesiksi ja muita hypoteeseja kutsutaan vaihtoehtoisiksi hypoteeseiksi.
Hypoteesilla tiedemies yrittää selittää tapahtuman tai havainnon nykyisten tietojen perusteella. Hypoteesin avulla voidaan tehdä ennusteita ja testata niitä. Hyvä hypoteesi selittää kaikki havainnon näkökohdat, on yksinkertaisin mahdollinen selitys, voidaan ilmaista siten, että siitä voidaan tehdä ennusteita, ja lopuksi se on testattavissa kokeilemalla.
Se, että tämän hypoteesin katsotaan pitävän paikkansa, jopa tilapäisesti, testataan kokeissa. Usein siinä todetaan, että tieteellisten kokeilujen vuoksi muutoksia tai vaikutuksia ei tapahdu. Kokeilun aikana tiedemies yrittää joko hylätä tai hylätä tämän hypoteesin. Hylätessään sen seuraa, että yksi vaihtoehtoisista hypoteeseista on oikea tai oikeampi kuin nollahypoteesi.
On lähes mahdotonta todistaa tai hyväksyä jotain tieteessä. Sen sijaan hypoteesit hylätään tai hylätään. Esimerkiksi nollahypoteesi voi olla, että tietty lääke ei vaikuta niihin ihmisiin, joille se on annettu. Jos vaikutus näkyy huumeiden saaneessa ryhmässä, nollahypoteesi hylätään vaihtoehtoisen hypoteesin hyväksi. Jos vaikutusta ei näytä esiintyvän huumeiden saaneessa ryhmässä, sitä ei hylätä ja yleensä tarvitaan lisäkokeita.
Tilastossa nollahypoteesi nähdään hypoteesina, jolla ei ole merkittävää tilastollista eroa. Toisin sanoen se on lausunto tilastollisesta tasa -arvosta. Sen ei tarvitse olla yhtä suuri kuin arvo, mutta hypoteesin ja havaitun otoksen on oltava samankaltaisia, ei erilaisia, riittävän hypoteesin hylkäämiseksi. Jos nollahypoteesi hylätään, se tarkoittaa, että se poikkeaa tilastollisesti merkittävästi havaitusta ryhmästä eikä tämä ero johdu sattumasta.
Kun nollahypoteesia ei hylätä, sen katsotaan olevan tilastollisesti samanlainen. Tämä samankaltaisuus johtuu usein sattumanvaraisesta näytteenottovirheestä, mikä tarkoittaa, että ero johtuu sattumasta. Jos se hylätään, tämä ei ole epäonnistuminen kokeilijan puolesta. Itse asiassa useimmat tutkijat ja tiedemiehet odottavat vain vähän tai ei lainkaan, että hypoteesi olisi totta. Hylätty nollahypoteesi on merkittävä tulos tieteellisissä kokeissa.