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著作家的著作中以及伊壁鸠鲁（Epicurus，公元前341…270年）的著作中，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。
不管它在哲学上的价值怎样，在科学上，德谟克利特的原子说要比它以前或以后的任何学说都更接近于现代观点。它在柏拉图和亚里斯多德的摧毁性的批判下，实质上遭到压制。从科学观点来看，这应该说是不幸。后来几个时代竟让各种形式的柏拉图主义代表希腊思想，这个事实实在是科学精神从地球上绝迹一千年之久的原因之一。柏拉图是一个伟大的哲学家，但是在实验科学史上，我们不能不把他算作一个祸害。
希腊医学
希腊医学中包含的东西有很多是直接或间接从埃及得来的。希腊的两个最著名的学派是柯斯（Cos）学派和克尼多斯（Cnidos）学派。前一学派把疾病看做是正常健康身体的错乱，因此依靠自然疗法；后一学派研究每一疾病，并寻找对症疗法。
关于最早的有史时代，一件有趣的事，是荷马的《伊利亚特》准确地叙述了不同创伤的后果，其中描写的治疗方法也简单而直截了当，说明了荷马笔下的英雄们所属的种族在医学和外科方面具有理性精神的健全传统。不过，看来这个传统并不是普遍的。在《奥德赛》里，巫术就出现了，在希腊境内的大多数人民中间，正象在别的南方和东方的国家一样，符咒和驱邪成了流行的治疗方法。就是到了较晚的时代，这两种思想也是同时并存的。到古典时代快要结束时，希腊医学知识已经达到最高峰，埃匹道拉斯（Epidaurus），雅典和其他地方的爱什库拉匹（Aesculapius，医神）庙所提供的医疗中，仍然有很多巫术和符咒的成分。但是，即令到今天，在英格兰和威尔士，也还有些地方依赖符咒治疗。
随着医学的发展，希腊人所十分珍视的演绎方法也应用到医学上来，关于人的本性和生命起源的许多先入之见被当作医疗的基础，而且毫无疑问，也使很多病人送掉性命。在理论不越出范围时，医学也就取得长足的进步；医师的地位也相应地提高了，而且还采纳了一个极好的医师法典，后来列入著名的希波克拉底誓词中。誓词中宣布，医师要处处为病人的福利着想，要保持自己的一生和自己这一行业的纯洁和神圣。
大多数希腊哲学家都谈到过——至少是附带地——医学理论。毕达哥拉斯派把他们的特殊信条也应用到医学理论上来。克罗顿的阿尔克莽（Alcmaeon of Croton，公元前500年左右）是苏格拉底以前的主要胚胎学家，首先进行解剖的大概就是他。他发现了视觉神经，并且认识到，大脑是感觉和理智活动的中央器官。阿那克萨哥拉用动物进行实验，并且用解剖方法研究它们的构造。恩培多克勒认为血液流向心脏，并由心脏流出，健康有赖于人体中所谓四种元素的正确平衡。
希腊医学到希波克拉底（Hippocrates，公元前420年左右）的学派而登峰造极。他们的理论和医术部和今天流行的有几分相似，远远走在现代以前的任何时代的见解前面。他们研究生理学时并不象亚里斯多德和盖伦（Galen）那样去追问“最后因”；他们多问“怎么样”，而少问“为什么”，因而具有现代精神。实验的方法出现了；例如，希波克拉底派研究胚胎学的著作家建议观察者每天打破一个鸡蛋，去观察孵化的过程。他们认为疾病是一种要服从自然法则的过程。他们坚决主张进行精微的观察和周密地解释症候，从而指出了走向现代临床医学的道路。他们还对许多疾病作了准确的描写，指示了适当的医疗方法。他们在相当程度上进行了解剖，但是，直到后来。大概是在托勒密王朝的统治下，才在亚历山大里亚进行了系统的人体解剖，第一次给人体解剖学和生理学提供了事实确凿的可靠基础。
从原子论者到亚里斯多德
原子哲学标志着希腊科学第一个伟大时期的最高峰。其后就是一个停顿时期，甚至可以说是一个倒退时期，可见用哲学的先验方法研究自然是多么危险。雅典成为一个民主邦以后，人们的主要精力或许都转到词藻和政治方面去了。流利的言词成为飞黄腾达的唯一道路，哲学家转而去研究经济学和伦理学，数学和自然科学就有无人问津之慨。
知识的下一次进步见于早期史学家的著作中。最早的或许是赫克特斯（Hecateus，公元前540－475年）。后来又有希罗多德（Herodotus，公元前484…425年），他游历极广。在他的著作中有不少有关人民和国家的宝贵记载。他具有值得钦佩的求知欲，这从他对于尼罗河定期泛滥的原因的探究和思考中，可以看出。在修昔的底斯（Thucydides，公元前460－400年）的身上，可以看到一种更精确的批判精神。他本着一个科学的历史学家的精神，批判了希腊历史的神话时期，以目击者身份描写了伯罗奔尼撒战争，并且记载了雅典的大疫和公元前431年的日食。
原子论的影响还可以在一部分反对者的怀疑中看出来。反对者象原子论者一样，怀疑感官是否能够向我们提供外部世界的信息。但是，他们提出了相反的结论。原子论者认为实在在于物质，而不在于心灵；反对的学派认为感官传达的关于实在的信息虽然是可疑的，但是感觉的确存在，因此，感觉才是唯一的实在。后来一个时代，也出现过从机械论到现象论两种对立的哲学。
在苏格拉底身上，出现了这种反动的富于批判精神的典型。他以查问者的姿态，对诡辩家、政治家和哲学家，无不加以诘难，一遇到无知、愚蠢和自命不凡，就加以揭发。他主张心灵至高无上，因为心灵能领悟真正的“形式”或理想，感官对象只不过是有接近这种“形式”的倾向而已。道德的完美是一种理想；平等是一种理想。但是，两块石头也只能是接近于相等，因为相等是一个极限。苏格拉底认为心灵是唯一值得研究的对象，并且认为真正的自我不是肉体，而是灵魂和内心生活。这样，由于他的影响，人们的注意力就往往离开了对自然界的考察。事实上，从某种观点来看，苏格拉底领导了一次反对爱奥尼亚自然哲学家的唯物主义态度的宗教反动，虽然群众的叫嚣给他加上了无神论者的罪名。柏拉图为什么反对机械决定论，可以在《斐多篇》（Phaedo）描写的著名场面中得到解释。那里叙述了苏格拉底在狱中等待饮毒时刻到来的情景。据柏拉图说，苏格拉底告诉他的朋友们说，在阿那克萨哥拉看来，他的筋骨的本性可能就是他坐在那里的原因。但是，真正的原因是：
由于雅典人觉得给我定罪比较好，所以我也觉得坐在这里比较好，留下来接受他们所定的惩罚比较好，因为我可以发誓，要是当初我不认为接受这个城市给我的任何判决比起溜之大吉来是一个更正当、更体面的办法的话，我的筋骨早就按照有人所说的最上策办法，到了米加腊（Megara）或波奥提亚（Boeotia）了。
苏格拉底在这里表现了一种对不成熟的机械论哲学的自然反感，或许在某种程度上还表现了对于科学态度的误解和敌视。可以肯定，他使得哲学界不再去研究过去和现在，而去考虑未来——所以要创造世界的目的所在。不过，据亚里斯多德说，有两种科学成就完全可以归功于苏格拉底——一些普遍的定义和归纳推理。
他的学生柏拉图（公元前428－348年）是唯心主义的最伟大的代表。在他的身上，怀疑论和神秘主义结合在一起。柏拉图对于自然的看法是从人类需要和意向中先验地推导出来的。神是好的，球是最完美的形式，因此，宇宙必然是球体的。本原物质和延展的�