留基伯是古希腊爱奥尼亚学派非常有名的学者，也是德谟克利特的导师。原子学说最早就是由他提出来的，他认为：原子是最小的、不可分割的物质粒子。原子之间存在着虚空，原子本就存在于虚空之中，既不能生成，也不能毁灭，在无限的虚空中运动着构成万物。
德谟克利特继承并发展了留基伯的原子学说，进而指出：宇宙空间中除了原子和虚空之外，什么都没有。原子一直存在于宇宙中，既不能无中生成，也不能被消灭，任何变化都是因为原子引起的结合与分离。他还认为，原子在数量上是无限的，在形式上是多样的，物体的不同是因为构成它们的原子在数量、形状和排列上存在差异。原子在本质上是相同的，没有所谓的“内部形态”，它们之间的作用通过碰撞挤压而传递。
既然万物皆由原子与虚空组成，那么人呢？世间又到底有没有灵魂呢？
对此，德谟克利特认为：原子论里没有神存在的空间，原始人不了解奇妙的自然现象，更不知道它们是如何产生的，就臆造出了神，用以解释一切的未知。事实上，除了永恒的原子与空虚之外，根本没有不死的神灵。他甚至认为，人的灵魂也是由原子构成的，只不过组成它的原子非常活跃且精微，但不管怎样，它都是一种物体。原子分离，物体消失，灵魂也将随之消灭。
对于认识论的问题，德谟克利特依然用原子论来解释：“影像”是由事物中不断流溢出来的原子形成的，人的感觉和思想，是这种“影像”作用于感官和心灵产生的。此外，他还区分了感性认识和理性认识，认为感性认识是认识的最初级阶段，它无法感知所有的东西，当感性认识在最微小的领域不能够看见、听见、闻到、摸到的时候，就需要理性认识来帮助。
德谟克利特的原子唯物论，是古希腊唯物主义发展的最重要的成果。他主张，世上的万物都是相互联系的，都受因果必然性和客观规律的制约。
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