爱奥尼亚的哲学家按照当时流行的形而上学的观念，根据当代的一般知识，进行推理。在物质被分割又分割之后，它的特性会保持不变吗？不管怎样分割下去，土还是土，水还是水吗？换句话说，物体的特性究竟是无法再加解释的最后的事实呢？还是可以按照更简单的观念加以描写，从而把一无所知的范围再缩小一步呢？
希腊人解决物质问题的努力在科学思想史上所以重要，正是因为他们企图这样用看起来比较简单的方式来求得合理的解释。按照他们的学说提出以前的观念和原子哲学衰落以后的观念，物质的特性被认为属于物质的本质；食糖的甜和树叶的色彩，同食糖和树叶本身一样是一种实在，无法联系其他事实加以解释，也不能解释作是人的不同的知觉。
探讨一下希腊原子说的起源，是很有趣的。基本元素，泰勒斯以为是水，阿耶克西曼德以为是气，赫拉克利特以为是火。阿那克西曼德的元素——气——可以凝缩和稀薄起来，但其本质不变。赫拉克利特的无尽流动说说明他以为有一些看不见的粒子在运动，表现为水的蒸发和香气的弥散。再往上推，毕达哥拉斯派的理论认为同数的法则相符合的完整的单子是终极的实在。毕达哥拉斯派还认为在空虚的空间里，是没有物质的，不过，他们把这种空间和空气混淆起来。这一看法受到巴门尼德的抨击，但是，原子论者由于难以解释粒子怎样在一个塞得满满的空间或充满物质的空间中运动，又重新提出了这一看法。这时已经知道空气是有质体的，因此，在原子论者看来，一无所有的空间就变成了真空。
正是这些思潮启发了原子说：物质是由散布在真空中的终极粒子组成的。这个学说解释了当时已知的一切有关事实——蒸发，凝聚，运动和新物质的生长。诚然，根本问题依然存在，其他希腊哲学家也强调指出过这个问题。原子本身能够无限地分割下去吗？原子论者逃避了这一逻辑上的漏洞，认为原子从物理上来说是无法分割的，因为原子内部已经没有真空。
我们所知道的最早的原子论者是留基伯（Leucippus）和德谟克利特（Democritus）。前者是公元前五世纪的一个身世不明的人物，据说在色雷斯（Thrace）创立过阿布德拉（Abdera）学校；后者于公元前460年生于阿布德拉。我们从亚里斯多德等后来的着作家的着作中以及伊壁鸠鲁（Epicurus，公元前341-270年）的着作中，知道了他们的见解。伊壁鸠鲁采纳了原子说，并且在雅典讲授原子说，作为他的全面的伦理、心理和物理哲学的一部分。这个学说二百年后又在罗马诗人卢克莱修（Lucretius）的诗篇中提了出来。
留基伯提出了原子论的基本观念，还提出了因果原则——“没有什么事情无缘无故而发生，一切事情的发生都有原因和必然性。”他和德谟克利特继爱奥尼亚哲学家之后，继续努力用比较简单的要素来解释物质特性。他们看出，承认物体特性是根本的和无法解释的，就是杜绝一切进一步的探讨。与这一观点形成对比，德谟克利特说：“按照通常说法，有甜有苦，有热有冷，按照通常说法，有色彩。其实，只有原子和虚空。”毕达哥拉斯有一种相对主义的观点，认为“人是万物的衡量尺度”，例如，蜜在我为甜，在你也可为苦。德谟克利特虽然反对毕达哥拉斯的见解，却也看出，单单通过感官，是达不到实在的。
德谟克利特的原子是无前因的，从永恒就存在的，并且永不毁灭——“保有刚体的单一性而坚固”。它们在大小和形状上是多种多样的，但是在本质上却是一样的。因此，特性的不同是由于具有同一终极性质的质点在大小、形状、位置和运动方面的不同而产生的。在石头和铁中，原子只能颤动或振动，而在空气或火中，它们就能在较大距离中跳跃。
原子在无限的空间中向四面八方运动，互相冲击，引起了直线运动和旋转，这样就把类似的原子结合在一起，组成元素，开始形成无数世界。这无数的世界生长，衰颓，以至于最后毁灭，只有与本身环境相适应的体系才能存在下来。在这里，我们可以看见星云假说和达尔文的自然选择说的微弱的前兆。
在原来的原子说中。并没有绝对的上下轻重的观念。而且，运动非经反抗不会停止。在亚里斯多德看来，这些正确的见解是不可置信的。后来，似乎就有人按照他的意见对这个学说加以修改。这个真理还得伽利略来重新发现。在天文学方面，原子论者开了倒车，以为地球是扁平的；但是，在其他方面，他们都走在他们的同时代人和后来人前面。
卢克莱修告诉我们的德谟克利特的学说，把过去人们心目中的自然界的画面巧妙地加以简单化。事实上，这个画面是太简单了。原子论者竟不自觉地把两千四百年后还不能解决的一些困难，轻轻放过。他们大胆地把这个学说应用于至今仍然无法从机械角度加以解释的生命和意识的问题。他们满怀信心地自以为把一切奥秘都发现了，对于围绕着一切存在的那个巨大奥秘，视而不见。这个奥秘至今仍然和最初提出原子说时一样奥妙无测。
原子论者和他们的对手所争论的哲学问题，也就是十八世纪牛顿的法国信徒把他的物理学当做一种机械哲学的基础时重新出现的那个哲学问题。自然界背后的实在究竟是一种在本质上同人类心灵所见的自然界相似的东西呢？还是一种对人和人的福利漠不关心的巨大机器呢？一座山实际上是拉着树木的绿袍，戴着永不溶化的雪帽的一堆岩石呢，还是实质上是一批没有人的品质的小质点、一批不知何故能使人类心灵产生形式和色彩幻觉的小质点的集合体呢？物理学家把物质分析为质点，发现它们的力量和运动可以从数学角度加以描写。唯物主义者把这一科学结果引到哲学中来，说除此之外，别无实在。唯心主义者反对把宇宙看做是非人的，而在希腊，原子哲学就因此持有这种看法而遭到反对。到十八世纪，牛顿的科学已经根深蒂固不容推翻，于是不能不在笛卡尔（Descartes）的二元论中或贝克莱的唯心主义中别求出路。