Однако наряду с первыми победами уже в начале второй половины XIX в. возникли и новые неразрешимые проблемы. Выявлялось все большее количество негативно действующих факторов, полностью устранить которые не представлялось возможным в принципе. Так, например, было достоверно установлено, что воздух помещений, в которых одновременно находилось множество людей, «портился» и становился опасным для здоровья, но о закрытии из-за этого школ или театров не могло быть и речи. Попытки найти решение подобных проблем, число которых стремительно росло, привели врачей к осознанию необходимости как более детального изучения самих факторов среды обитания, так и раскрытия механизмов их негативного влияния на здоровье людей, что в свою очередь привело к широкому внедрению в сферу гигиенических исследований экспериментальных методов.
Основоположником этого важнейшего направления развития гигиены, определившим постепенное превращение гигиены из описательной в экспериментальную естественную науку, стал немецкий врач М. фон Петтенкофер. Разработав методику проведения экспериментально-гигиенических исследований (1858), он смог добиться значительных успехов в изучении интимных механизмов негативного влияния «испорченного» воздуха (1858), «загрязненной» воды, неочищенной от отбросов почвы (1864, 1873), которые определили еще один важнейший переворот во врачебном мышлении. Исследования М. фон Петтенкофера и его учеников показали, что все многообразие существующих природно-климатических и социальных факторов среды обитания, негативно влияющих на здоровье, в конечном счете сводится к воздействию на человеческий организм определенных физических и химических агентов.
Этот переворот, совпавший по времени с пересмотром представлений о болезни и успешным преодолением кризиса в изучении фундаментальных основ жизнедеятельности, довершил процесс формирования картины исследуемой реальности в медицине (системы медицинских представлений) периода второй научной революции. За организмом человека окончательно закрепилось представление как о клеточном государстве, жизнедеятельность которого (как нормальная, так и патологическая) обеспечивается исключительно физико-химическими процессами взаимодействия с окружающей средой, протекающими в полном соответствии с всеобщими законами физики и химии. Нормальная жизнедеятельность обеспечивается и регулируется процессами обмена веществ и энергии, а патологическая — возникает в случаях появления в окружающей среде разрушительных для организма физико-химических влияний и состоит в развитии цепи последовательных структурно-функциональных изменений клеток, тканей, органов.
Основным завоеванием второй научной революции в медицине, хронологические рамки которой охватывают период с конца XVIII в. до середины 70-х годов XIX в., стало возникновение первой всецело естественно-научной системы медицинских представлений о жизни, смерти, болезни, а вместе с этим и принципиально новых подходов к диагностике, лечению и профилактике заболеваний человека.
Процесс формирования этой системы представлений начался одновременно с признанием научным сообществом сенсационных открытий и опровержений, сделанных французским ученым А. Лавуазье. Во-первых, А. Лавуазье окончательно опроверг каноническую концепцию четырех элементов-стихий, из которых якобы состояли все известные в природе тела. Он представил экспериментальные доказательства того, что вода, воздух, огонь и земля не могут считаться первоэлементами. Наибольшее впечатление на научное сообщество произвели его опыты по приготовлению воды путем сжигания водорода в кислороде. Во-вторых, А. Лавуазье доказал ошибочность традиционных виталистических представлений, согласно которым все жизненные явления в организме человека управляются особой нематериальной сверхъестественной силой.