Uma ilustração científica se inicia pela intenção do pesquisador e/ou do ilustrador em representar uma ideia, conceito ou espécie. Quando a ideia parte do pesquisador, ele busca um ilustrador para realizá-la. Quando parte do ilustrador, ou ela virá por conta da conversa com um pesquisador ou porque ele está treinando. Com o objetivo da ilustração proposta, o ilustrador fará um esboço e o discutirá com o pesquisador, tanto sobre a adequação do esboço à intenção quanto a possíveis erros conceituais. O esboço é geralmente feito à grafite, com consulta direta ao material de interesse, às vezes também servindo como estudo do material.
O esboço, quando aprovado, servirá de orientador para o acabamento final, que também é definido em acordo com o pesquisador contratante. Os acabamentos mais comuns na ilustração científica são pontilhismo com nanquim, aplicação de nanquim ou sombreado com grafite (sem aplicação de cores) e aquarela, guache, tinta acrílica e pintura digital (com aplicação de cores). Essa parte do processo também pode se dar com consultas ao pesquisador, caso o ilustrador tenha dificuldades com o material, ou essa consulta só é retomada quando a ilustração está pronta.