Задача, которую ставил перед собой Ф. Энгельс при работе над «Д. п.», сформулирована в предисловии ко 2-му изданию «Анти-Дюринг». Ф. Энгельс, описывая ход своих естественнонаучных занятий, отмечает: «... дело шло о том, чтобы и на частностях убедиться в той истине, которая в общем не вызывала у меня никаких сомнений, а именно, что в природе сквозь хаос бесчисленных изменений прокладывают себе путь те же диалектические законы движения, которые и в истории господствуют над кажущейся случайностью событий,... для меня дело могло идти не о том, чтобы внести диалектические законы в природу извне, а о том, чтобы отыскать их в ней и вывести их из нее» (Маркс К. и Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 20, с. 11, 12). Т. о., задача состояла в том, чтобы вскрыть объективную диалектику в природе, а тем самым обосновать необходимость сознательной материалистической диалектики в естествознании и изгнать из него идеализм, метафизику и агностицизм; дать диалектико-материалистическое обобщение важнейших результатов развития естествознания и тем самым обосновать всеобщность основных законов материалистической диалектики.
О структуре «Д. п.» можно судить на основании наброска общего плана, который относится, вероятно, к августу 1878; 11 пунктов этого плана можно объединить в 3 группы: естествознание и философия (1—3); классификация наук и диалектическое содержание отдельных наук (4—5); критика агностицизма, идеализма и метафизики в естествознании (6—11). Однако фактическое содержание «Д. п.» не вполне, а лишь в общем и целом соответствует этому плану. Особенно фрагментарно представлена последняя часть.
В статьях и фрагментах, относящихся к общей (первой) части, Ф. Энгельс исследует достижения естественных наук начиная с эпохи Возрождения, показывает обусловленность развития естествознания развитием производства и неразрывную связь естествознания с философией и доказывает, что «... в естествознании, благодаря собственному развитию, метафизическая концепция стала невозможной», что «возврат к диалектике совершается бессознательно, поэтому противоречиво и медленно» (там же, с. 343). Ф. Энгельс выделяет 2 основные формы домарксистской диалектической философии (древнегреческая философия и классическая немецкая философия от И. Канта до Г. Гегеля), подвергает критике идеалистическую диалектику Гегеля, подчёркивает роль трёх великих открытий в естествознании (закон сохранения и превращения энергии, органическая клетка, дарвинизм), обнаруживших диалектику природы, и ставит перед теоретическим естествознанием задачу — сознательно овладеть рациональной, материалистической диалектикой (см. там же, с. 343—72, 500—25). Ф. Энгельс даёт определение диалектики и перечисляет её основные законы. Диалектика есть «... наука о всеобщей связи» (там же, с. 343), «... наука о наиболее общих законах всякого движения» (там же, с. 582). Эти законы сводятся к 3 главным: закон перехода количества в качество и обратно, закон взаимного проникновения противоположностей, закон отрицания отрицания, Ф. Энгельс различает объективную диалектику природы и субъективную диалектику мышления; субъективная диалектика отражает объективную диалектику; диалектика есть высший метод мышления. Ф. Энгельс, однако, не ставит своей целью дать руководство по диалектике: «Мы не собираемся здесь писать руководство по диалектике, а желаем только показать, что диалектические законы являются действительными законами развития природы и, значит, имеют силу также и для теоретического естествознания» (там же, с. 385, см. также с. 526—57).
Центральной идеей основной (второй) части «Д. п.» является классификация форм движения материи и соответственно этому классификация наук, изучающих эти формы движения. Низшая форма движения — это простое перемещение, высшая — мышление. Основные формы, которые изучаются естественными науками: механическое, физическое, химическое и биологическое движение. Каждая низшая форма движения переходит посредством диалектического скачка в высшую форму. Каждая высшая форма движения содержит в себе как подчинённый момент низшую форму, но не сводится к ней (см. там же, с. 391—407, 558—71). Опираясь на эту центральную идею, Ф. Энгельс последовательно рассматривает диалектическое содержание математики, механики, физики, химии, биологии и переходы от одной формы движения к другой и, соответственно, от одной науки к другой. При этом в математике он выделяет проблему кажущейся априорности и математической абстракции и выясняет их объективный смысл, в физике — учение о превращении энергии, в химии — проблему атомистики, в биологии — проблему происхождения и сущности жизни, клеточную теорию, дарвинизм. Переход от естествознания к истории общества образует разработанная Ф. Энгельсом трудовая теория происхождения человека (см. там же, с. 486—99).
В критической части своего труда Ф. Энгельс показывает односторонний эмпиризм позитивистов, различные проявления антинаучного реакционного мировоззрения в естествознании.