19世紀50年代，恩格斯就開始注意對當時的自然科學成果作哲學概括，從1870年起，著手系統(tǒng)研究自然科學的哲學問題。1873年2月初，他計劃寫一本類似《反畢希納論》的著作，以批判當時流行的庸俗唯物主義。為此，他寫了第一批札記。同年5月30日，他在給馬克思的信中提出了運動形式的轉化等思想。此時，他決定寫作一部內容更為廣泛的著作。從1873年5月至1876年5月，恩格斯寫出“導言”和大量片段。1876年5月至1878年7月，他為了寫作《反杜林論》，暫時擱下了該書的寫作。1878年5月至1883年3月，他寫了該書幾乎所有的論文和相當數(shù)量的片段。1883年3月馬克思逝世后，恩格斯為了整理馬克思的《資本論》遺稿，完全中斷了自己這部著作的寫作工作。直到他逝世前不久，才把這部著作的手稿分成了四束，并把其他有關材料歸并其中。

恩格斯逝世后，這部著作的手稿由當時德國社會民主黨領導人E.伯恩斯坦掌握。伯恩斯坦僅僅分別在《新時代》雜志1896年第2號和1898年《世界新歷畫報》年鑒上發(fā)表了其中的兩篇論文，即《勞動在從猿到人轉變過程中的作用》和《神靈世界中的自然科學》，而把其余部分擱置了30年。1924年春，蘇聯(lián)共產(chǎn)黨中央委員會派D.B.梁贊諾夫從伯恩斯坦手中拍攝了全部手稿，并準備發(fā)表。這時，伯恩斯坦述說了他不發(fā)表恩格斯手稿的理由。據(jù)他說，在恩格斯逝世后不久，德國社會民主黨中央曾將馬克思與恩格斯關于數(shù)學與自然科學的遺稿交給黨員物理學家M.L.阿隆斯（1860～1919）審查。阿隆斯認為它們“陳舊不堪”，不能發(fā)表，“因此，黨便不愿意單獨出版這些著作”。伯恩斯坦接著說，“而此后我曾想過阿隆斯對恩格斯的自然科學作品不會沒有成見及偏見，因為阿隆斯是非常反對辯證法的”。因而伯恩斯坦在梁贊諾夫找他以后不久，又請A.愛因斯坦對此手稿發(fā)表意見。愛因斯坦于1924年6月30日給伯恩斯坦的信中認為，從現(xiàn)代物理學和物理學史的眼光看，手稿無特殊價值，但值得公布，因為這是了解恩格斯思想的有價值的材料。1925年，手稿以《自然辯證法》為題作為《馬克思恩格斯文庫》第2卷用德文和俄譯文對照的形式在蘇聯(lián)第一次出版。這一版大體上是按照恩格斯寫作年代的次序編排的。1931年，該書編入《馬克思恩格斯全集》第1版第14卷。這個版本把論文排在前面，把片段、札記排在后面。1940年，在紐約出版了英譯本，英國生物學家J.B.S.霍爾丹寫了注釋和序言。1941年蘇聯(lián)出版了新的俄譯本，這個版本將論文和札記兩部分分別按照恩格斯所設想的總計劃草案作了編排。

《自然辯證法》現(xiàn)有28種文字的譯本。中文譯本最早譯出的是其中的一篇，即《勞動在從猿到人轉變過程中的作用》（陸一遠譯，1928年由春潮書店出版）。1932年8月，上海神州國光社出版了杜畏之譯的《自然辯證法》全文，是根據(jù)1925年德俄對照本翻譯的。1950年，三聯(lián)書店出版了鄭易里的譯本。1955年3月，人民出版社出版曹葆華、于光遠、謝寧的合譯本，是根據(jù)1953年的俄譯本譯出的，編排次序和1941年的俄譯本相同。中共中央馬克思恩格斯列寧斯大林著作編譯局的中譯本先后收編在人民出版社1966年出版的《馬克思恩格斯選集》第3卷和1971年出版的《馬克思恩格斯全集》第20卷中。1984年，人民出版社出版了于光遠等重新翻譯的《自然辯證法》。這個譯本根據(jù)德文本并參照英文本作了校訂，糾正了以往中譯本中的一些錯處，增加了馬克思、恩格斯關于自然辯證法的一些通信，并根據(jù)自然科學的新成就，對書中的內容重新作了一些注釋。在排列上也不同于以往的譯本，它是按問題分類編排的。

《自然辯證法》由10篇論文、169段札記、兩個計劃草案，總共181個部分組成。大部分論文和札記的內容與兩個計劃草案相符合。根據(jù)“總計劃草案”的結構，全書大致包括以下6個方面的內容：

①關于自然科學史、自然觀史、自然史。主要反映在《導言》和有關札記中。《導言》包括兩部分，前一部分概述了近代自然科學產(chǎn)生和發(fā)展的歷史。恩格斯在該部分指出，與15世紀下半葉至18世紀自然科學水平和研究方法相適應，形成了形而上學的自然觀（見機械唯物主義自然觀）。自然科學的進一步發(fā)展，在天文學、地質學、物理學、化學和生物學方面打開了形而上學自然觀的缺口，說明了辯證唯物主義自然觀代之而起的必然性。恩格斯在《導言》的第2部分，根據(jù)當時的自然科學材料，描述了從星云物質到人類產(chǎn)生，即從低級到高級發(fā)展的分化過程，論述了自然界有限事物在有生有滅、有滅有生的大循環(huán)中無限發(fā)展的規(guī)律性。

②關于自然科學與哲學。主要反映在《〈反杜林論〉舊序·論辯證法》《神靈世界中的自然科學》這兩篇論文和有關札記中。在前一篇論文中，恩格斯說明了辯證法為自然科學提供了最正確的理論思維方法，論述了自然科學家自覺學習辯證哲學的必要性。后一篇論文以受經(jīng)驗論思想束縛的自然科學墮入唯靈論的實例，生動地論證了“蔑視辯證法是不能不受懲罰的”。

③關于辯證法。主要反映在《辯證法》這篇論文和《偶然性和必然性》《關于判斷的分類》《關于耐格里的沒有能力認識無限》等許多札記中。在這部分中，恩格斯根據(jù)當時自然科學的材料論證了辯證法的基本規(guī)律和幾對重要范疇?！掇q證法》這篇論文沒有寫完，只論述了量轉化為質和質轉化為量的規(guī)律。但是在札記中，作者對對立的相互滲透的規(guī)律有較多的論述。偶然性和必然性這對范疇，在書中也是作為一種對立統(tǒng)一的關系加以論述的。在一些札記中，恩格斯還闡明了主觀辯證法即辯證唯物主義認識論和辯證邏輯的一些基本觀點，包含著對進一步發(fā)展這些理論具有重要價值的思想，諸如概念的辯證本性、判斷的辯證分類、歸納和演繹的辯證關系、因果性的實踐檢驗、假說的作用、對不可知論的批判等等。

④關于物質運動的基本形式和科學分類。主要反映在《運動的基本形式》這一論文和《自然科學的辯證法》《關于“機械的”自然觀》等札記中。恩格斯在這里論述了辯證唯物主義關于物質觀、運動觀的一些基本原理，著重說明了物質運動基本形式之間的區(qū)別和聯(lián)系，并以此為基礎說明了各門自然科學之間的區(qū)別和聯(lián)系，同時還批判了將一切運動形式歸結為機械運動形式的機械論觀點。

⑤關于數(shù)學和各門自然科學的辯證內容。主要反映在《運動量度──功》《潮汐摩擦?？档潞蜏飞ぉづ_特》《熱》《電》等論文以及《關于現(xiàn)實世界中數(shù)學的無限的原型》等有關札記中。恩格斯在這一部分里，從當時數(shù)學和各門自然科學的具體內容論證了唯物辯證法的正確性，并運用辯證法對當時自然科學中的某些重大理論問題作了分析，提出了一些原則性的科學預見。

⑥關于勞動創(chuàng)造人的理論。恩格斯通過《勞動在從猿到人轉變過程中的作用》這篇論文，論述了勞動在人類起源中的決定性作用、勞動是人與動物的本質區(qū)別，并指出了人類只有過渡到共產(chǎn)主義，才能成為社會和自然界的真正主人。這篇論文把自然辯證法和社會辯證法即歷史唯物主義銜接了起來。

《自然辯證法》一書對馬克思主義哲學的發(fā)展，對自然科學哲學問題的研究，具有重要的意義。這主要表現(xiàn)在3個方面：①該書第一次系統(tǒng)地闡述了辯證唯物主義自然觀，并通過對當時自然科學成果的哲學概括，豐富和發(fā)展了馬克思主義哲學的基本原理。第一次將唯物辯證法的主要規(guī)律概括為三條，即質量互變規(guī)律、對立統(tǒng)一規(guī)律、否定之否定規(guī)律，同時還明確提出了辯證邏輯的一些論點等等。②開拓了馬克思主義哲學研究的一個新領域，為馬克思主義的自然觀、自然科學觀、科學方法論和科學社會學的研究奠定了理論基礎，后代學者將如上幾方面的研究視為馬克思主義哲學的“自然辯證法”分支學科。③運用唯物辯證法對當時自然科學發(fā)展中的一些重要問題作出了很有見地的分析，提出了一些重要的科學預見，對機械運動中兩種量變的爭論作了歷史的總結：對原子可分、電運動的物質基礎、放射到太空中去的熱能重新集結、物理學和化學之間邊緣科學的發(fā)展、人工合成蛋白質的可能、非細胞生命的存在等作了預見。這些預見在以后的科學發(fā)展中均得到了證實。

從現(xiàn)代科學發(fā)展的角度看，《自然辯證法》中引述的許多自然科學材料和個別原理已經(jīng)過時或不足了，如“以太粒子”“生命是蛋白體的存在方式”等等。但是，書中所闡述的基本原理、基本方法，仍然對自然科學理論研究具有重要的指導意義。但即使在這方面也還需要根據(jù)現(xiàn)代自然科學的發(fā)展加以豐富和發(fā)展。

《自然辯證法》是恩格斯自然哲學研究的重要成果，是其整體性自然思想的集中體現(xiàn)，他將辯證唯物主義引入對自然科學發(fā)展的觀察中，提出了辯證唯物主義的生態(tài)觀；將自然辯證法應用于人類認識世界、改造世界的具體實踐中，構建了生態(tài)經(jīng)濟建設的價值觀基礎；批判了資本主義的反生態(tài)性，探求了從制度變革中找尋人和自然和解的方案。