在心理学方面，洛克与其在政府理论方面一样影响深远。他从1670年即开始写《人类悟性论》，但经过20年的修改后才付梓，由此他赚到了30镑。1670年，他在伦敦的一次谈话中提起他写作该书的动机：
有五六个朋友在我的小屋里聚会，讨论一些离心理学很远的题目，发现他们处境相同，似乎各方面都有困难。经过一段时间的迷惑，没有一点办法可以解决我们的困难……我当时就想，我们选错了题目，或者，在我们开始探寻该问题的本质时，我们必须先估计是否我们的知识和能力足以胜任，并要知道我们要知道的是什么、不必知道的是哪些，然后再处理问题。我向我的朋友们提出这个看法，他们欣然同意。此后，大家同意这些就是我们首先要寻求的。为了我们下次聚会的讨论而准备的一些轻率而不成熟的思想……成了我研究心理学的开始。
他这种动机显然是站在剑桥柏拉图学派的立场——他们继经院哲学家后——认为我们关于上帝和道德的观念，是我们反省的结果，而不是从经验中得来的；而且，这些观念是包涵于我们身内，不须由外界赋予的。这个看法，比笛卡儿提到的“天赋观念”对洛克的影响还大，使他考虑是否真有不是自外在世界的影响而产生的观念。洛克的结论是，所有的知识——包括对上帝的观念和是非观念——都自经验而来，而且不是伴随心智与生俱来的。他知道，他这样坚持经验的立场，一定会冒犯他的许多朋友，因为他们都认为道德需要宗教的支持，如果道德与宗教的基本观念被认为不是来自尊贵的上帝，那么它们将被看轻。他要求他的读者有点耐心，他是在一种不确定的情形下进行那个危险的研究，“我假设自己不是在教而是在学”。他说起话来很平静、很缓和、很舒适。他忏悔他“太懒又太忙”，以至不能将它精简些。
但是至少他的用词都有界定，他反对一些哲学家“做作的固执”“只要一知道我们的词代表的意义，在许多情形下，就不会有争辩”。在这个方面，洛克所说的无疑要比他所做的更好。他将理解定义为“知觉的力量”，但他的知觉包括了：（1）我们的心对观念的知觉；（2）对记号（文字）意义的知觉；（3）在观念的同义与不同义之间的知觉。但是，什么是观念？洛克认为观念代表的意义是：（1）外在事物在我们感官中的印象（我们所谓的感觉）；（2）对此事物内心的注意（我们所谓的感知）；（3）与观念衔合的想象或回忆（我们所谓的观念）；（4）联结许多单独的想象。对一些相同事物产生整体而抽象的普遍的观念，洛克也并没有把他常用的那些烦人的词句弄清楚。
他开始反对有天赋的原则，那是一个先入为主的观念。在某些人的理解中，有一些天赋的原则、一些先有的观念……深植心中，这个观念来自人类灵魂首先接触到的东西，人类以这个观念来看整个世界。他想指出这个“假定的错误”。他并不否认有天赋的倾向——后人所称的回归、反射或直觉，但这些在他看来都只是心理的习惯，而不是观念。继霍布斯之后，他也说这些过程是“动物所有的一连串动作，只要一开始就会习惯性地发展下去，这一连串的动作成了习惯，做起来因此十分轻易而自然”，就被称为天赋。他不认为那是观念的联想，仅认为那是一个心理过程而已。笛卡儿曾说过我们天生就有关于上帝的观念，洛克则不以为然——在某些部族中就找不到有这种观念，所以最好别相信天赋的观念，把我们对上帝的信仰建立在“它可以超乎平常的智慧与力量……从它所有的创造中”。也就是说，将我们对上帝的信仰建立在经验上。同样地，也不会有天赋的实际原则——没有与生俱来的是非观念，历史有太多的矛盾和不同的道德判断，因此不可能是人类天性的一部分，而是社会影响。因时而异，因地而异。
解决了天赋观念，洛克继续探究观念的产生。让我们假设心（在出生时）是我们所说的一张白纸，没有任何个性，没有任何观念，这张白纸是怎样被涂上颜色的呢？……回答这个问题，我们只须用一个词“经验”，由这里才奠定了我们知识的基础，由经验而得到更多的经验。所有的观念不是来自感觉，就是来自感觉的反应。感觉本身是肉体上的，而它们造成的心理结果就是感知，这就是“心的第一件功用”。
洛克认为，我们能得到有关外在世界的真知识，是毫无理由去怀疑的，但他认为，我们察觉到的物体有原始特性和我们认为的第二特性。原始特性是“一些与我们身体不可分的”，诸如形态、大小、外观、数目、动或静。第二特性是指“不是物体本身，而是通过其本身的原始特性，让我们产生不同感觉的那一股力量”，诸如颜色、声音、重量、味道等都是由物体的动、形、体积、质地等刺激我们而产生的第二特性，它们本身是没有颜色、重量、味道、气味、声音或温度的。这种区分早在大阿尔伯图斯和阿奎那那里就知道了，并被笛卡儿、伽利略、霍布斯、玻意耳、牛顿等人广泛接受，但洛克的解释使之成为更新、更广的潮流。理论上说，科学认为外在世界是无色无声的，但物体特性的感觉，最后也被认为与物体的本身一样是真实的。浪漫主义将古典时期的那种理论推翻了，认为感觉超乎物体的本身。
分析一件物体的特性，会产生一个问题，即物体本身原始特性的本质是什么？洛克坦白承认说，除了物体的特性之外，关于它神秘的根本问题，我们一无所知，拿走了那些根本的及本质——一切特性的基层——一切存在的东西都将失去它的意义。贝克莱针对这个问题提出，如果我们只知道物体的特性，并只限于观念性的认识，那么所有的物质都是知觉对象；而洛克——伟大的经验论捍卫者认为，经验是一切知识的源泉——也只不过是一位观念主义者把一切事物都限制到观念中。而且，“心”也与本质、躯体、物一样，是假想出来的。洛克在一篇短文中表现出他的思想超过贝克莱，也较休谟更早形成：
心灵运思的同时，思想、推理、恐惧等同时发生，这些不是我们有意造成的，我们也不了解它们与身躯的关系怎样，也不知道它们是怎样产生的。因此，我们往往会想到另一个本质的活动，即我们所称的精神。然而，很明显那些精神活动没有事物的观念，只有一些可感觉的特性使我们能造成感觉。因此，假设有个本质可以使人们能思想、认知、怀疑及有移动的能力，那么我们对我们的精神就会有如对躯体一样清晰地了解。对躯体的了解被我们视为我们自无而有的观念的基础，也被我们视为在我们心中经验运用的基础。
同意了“我们观念的本质若不是暧昧，就是根本不存在”，及“我不知道什么可以支持那些我们称之为意外的观念”这两句话后，洛克下结论说，我们虽不能知道感觉背后的事物是什么，也不知道观念背后的心灵怎样，但在这两种情况下，我们仍可以相信有一个本质。
不论心是什么，它的作用千篇一律——观念的运用。洛克反对经院学派认为心有思想、感觉、意志等功能的看法。他认为，思想是观念的结合，感觉也只是观念在心理上的反射；意志只是将观念付诸行动，每个观念除非被另一个观念压制，否则都会产生行动。但是，一个观念怎样变成行动呢？精神的过程怎样一变而为心理过程和身体的行动呢？洛克很勉强地接受了身心二元论，但有时他也说“心”可能是“物”的一种形式。这是洛克的惯用句：
很可能，我们永远不会明白是不是任何事物都与思考有关。不靠任何相关事物，只借着我们自己的观念来沉思，是不可能发现是否全能的上帝没有将一些思考的力量安置在一些事物的系统中，或者已将一些思考的本质加之于一些事物中了。在我们的观念中，要我们接受上帝在事物中加入了一些思考的能力，一定不会比接受上帝在事物中加入了一些有思考能力的本质更难……认为我们思想中的感觉是很难与外在事物相互调和，及那些认为我们思想中的感觉很难存在于一些不会扩展的事物中的人，会很坦白地说他根本无法了解他的灵魂是什么。而且，一个会使自己能自由思考的人，也很难发现他的理智是赞成还是反对灵魂实体的说法。
虽然霍布斯超越了唯物主义者最易陷入的进退两难的死角，但在洛克时代的学术界，太重正统，以致成百的卫道士攻击他，认为他是一个冒险的无神论者。那些卫道士没有注意到他对《启示录》的崇敬，及他早期所说的“意识附属于一个单独而无形的东西并受它的影响，这应该是较正确的说法”。也许是他们已经预先知道了后人如拉梅特里、费尔巴哈、狄德罗等人，会在洛克的意见中找到与他们的契合之处。斯蒂林弗利特主教诅咒他这种唯物无神的态度，并警告他，说他已危害了整个基督教的神学理论。洛克不顾主教的警告，仍然温和地重申唯物假说的可能性，继续与斯蒂林弗利特及其他人论战至1697年。
尽管它受到批评，偶尔有矛盾、晦涩和其他缺点，《人类悟性论》每年不断扩大影响，到洛克去世的14年中，该书一共出了4版。法文版也于1700年出现，并得到了热烈的赞美。它成了英国每个会客室中谈论的话题，珊迪（Tristram Shandy）向他的学生说，只要参考了该书，就可以使任何一个人“在形而上学中不致成为让人轻侮的人”。该书对贝克莱和休谟的影响极大。也因为如此，我们可以将他作为英国哲学由形而上进入认识论的关键。也许，洛克写到“人类研究的正当途径是由人本身下手”时，教会就已经将洛克牢记在心了。
1700年，法文版出版后，受到空前热烈的欢迎。“由于许多学者的思考，终于有了精神上的浪漫，”伏尔泰说，“一位真正有智慧的人物，以最平凡的姿态出现，并给了我们有关它的真正历史。洛克先生将精神解剖呈现在眼前，正好像一些著名的身体解剖学者将身体解剖了一样。”伏尔泰又说：“洛克一个人在那本满是真理的，建立了人类理解的知识，而那的完美，也正因为它将真实的事实表现出来。”该书后来成为法国启蒙时代心理上的《圣经》。孔迪拉克（Condillac）接受并发挥了洛克的感觉主义，并认为在亚里士多德和洛克之间的人类历史中没有心理学的研究可言——对于霍布斯和经院学派而言，这是极不公平的说法。达朗贝尔在《百科全书》的序言中赞扬洛克，认为他创造了科学的哲学，好比牛顿创造了科学的物理学一样。无论他对正统的态度如何，《人类悟性论》一书已建立了理性的经验主义，这使精神无需求的假设完全被抛弃，而且也开始对上帝运用同样的推理方法。
