يقترح نموذج التكامل أن العلم والدين يمكن ويجب أن يتوحدا في إطار واحد متماسك لفهم الواقع. يؤكد هذا الموقف أن الاكتشافات العلمية الحقيقية والحقائق الدينية الأصيلة، عند فهمها بشكل صحيح، تشكل جوانب متكاملة من نظام معرفي موحد. يحتج المؤيدون بأن الصراعات الظاهرة تنشأ من سوء الفهم أو المعرفة الناقصة في أي من المجالين، وأن التحقيق الأعمق يكشف عن انسجام أساسي بين النتائج العلمية والبصائر اللاهوتية. يتضمن النموذج عادة إما إعادة تفسير النصوص الدينية في ضوء الاكتشافات العلمية، أو إعادة صياغة النظريات العلمية لاستيعاب المبادئ الدينية، أو تطوير أطر تركيبية جديدة تدمج كلا المجالين.
لنموذج التكامل جذور تاريخية عميقة في اللاهوت الطبيعي واللاهوت الفيزيائي. جادل علماء المسلمين في العصور الوسطى مثل ابن رشد في "فصل المقال" (1179) من أجل التوافق بين الفلسفة الأرسطية والوحي الإسلامي. وقد جمع توما الأكويني بين العلم الأرسطي واللاهوت المسيحي في "الخلاصة اللاهوتية" (1265-1274). في العصر الحديث، حاول بيير تيلار دو شاردان في "ظاهرة الإنسان" (1955) دمج البيولوجيا التطورية مع الأخرويات المسيحية. يشمل المدافعون المعاصرون جون بولكينغهورن في "الإيمان بالله في عصر العلم" (1998)، وأليستر ماكغراث في "لاهوت علمي" (2001-2003)، وعلماء مسلمون مثل نضال قسوم في "سؤال الإسلام الكمي" (2011) الذين يسعون للتوفيق بين التعاليم القرآنية وعلم الكونيات الحديث والتطور.
يحتج النقاد من المجتمع العلمي بأن التكامل يضر بالطبيعانية المنهجية الأساسية للبحث العلمي. يؤكد جيري كوين في "الإيمان ضد الحقيقة" (2015) أن الالتزامات الدينية تشوه حتماً الموضوعية العلمية. من الجانب الديني، حذر كارل بارت من أن اللاهوت الطبيعي يخفف من تعالي الوحي الإلهي. يحتج سيد حسين نصر بأن الاختزالية الكمية للعلم الحديث لا يمكنها التقاط الأبعاد النوعية المقدسة للواقع. يرد مؤيدو التكامل بأن الطبيعانية المنهجية لا تستلزم بالضرورة الطبيعانية الميتافيزيقية، وأن العلم نفسه يقوم على افتراضات ميتافيزيقية غير قابلة للإثبات متوافقة مع الإيمان بالله. يؤكدون أن استبعاد البصائر الدينية يفقر فهمنا للواقع، مع الاعتراف بأن التكامل يجب أن يحترم النزاهة المنهجية لكل تخصص.
يختلف نموذج التكامل عن نموذج الاستقلال (NOMA) برفضه فصل العلم والدين إلى مجالات غير متداخلة، مصراً بدلاً من ذلك على وحدتهما المحتملة. وخلافاً لنموذج الحوار الذي يحافظ على الحدود التخصصية مع تشجيع المحادثة، يسعى التكامل إلى تركيب جوهري. يعارض أطروحة الصراع بإنكار عدم التوافق المتأصل، ويتجاوز مبدأ التكامل بالسعي ليس فقط للإثراء المتبادل بل للتوحيد الفعلي للمعرفة.