自泰勒斯提出“万物源于水”这个命题以来，自然哲学家们相继发展出了对自然现象进行说明的理论。早期的人们都把自然现象归于某种单一的自然物质，如水、气、火等，这种做法虽然完成了对自然界的统一解释，但并不令人信服。人们都知道，自然界中既有水，也有火。但常言说得好，水火不相容，它们分明是两种完全不同的东西，为什么水本质上就是火，或者反过来，火本质上就是水呢？如此看来，用单一的自然物质作为自然界统一的基础是行不通的。自然界的现象和事物是复杂多样的，将“多”统一成“一”是不大容易的。特别是在现象的层次上，更是不能服人。由于“多”与“一”的矛盾不能解决，科学思想的概念基础不能牢固建立，科学的大发展就不可能。
原子论者留基伯、德谟克利特是爱奥尼亚人。前者生于米利都，后者生于希腊北部的阿布德拉。他们提出了科学思想史上极为重要的原子论。原子论主张，世界是统一的，自然现象可以得到统一的解释，但统一不是在宏观的层次上进行的，不是将一些自然物归结为另一些自然物，而是将宏观的东西归结为微观的东西。这些微观的东西就是原子。
把一个物体一分为二，它变得更小，但仍然是一个物体，还可以被一分为二。这个过程是否可以无限地进行下去呢？原子论者说，不能。分割过程进行到最后，必然会有一个极限，这个极限就是原子。所谓原子，在希腊文中原意就是不可再分割的东西。原子太小，我们看不见，但世界上的万事万物都是由原子构成的，世界的共同基础是原子。
为什么世界上各种事物会彼此不一样呢？原子论回答说，这是因为组成它们的原子在形状、大小、数量上不一样。这个回答看似平常，但非同一般。我们知道，世界上丰富多彩的事物之所以难于统一，原因在于，它们看起来彼此有质的区别。原子论把这些质的区别还原成量的差异，就使统一的自然界可以用数的科学来描述。我们知道数学在今天对于自然科学是必不可少的，之所以会这样，是因为有原子论这样的思想基础。
原子论在希腊时代还只是思辨的产物，主要是一种哲学理论，不是科学理论。原子论者留基伯和德谟克利特本人并不是科学家。但是作为一种杰出的科学思想，原子论有其重要的历史地位。近代科学重新复兴了原子论，并在实验基础上构造了物质世界的原子结构。今天，“原子”不再是一种哲学的思辨，而是一个物理学概念。物质由分子构成，分子由原子构成，而原子则由原子核和核外电子组成。20世纪，人们对原子核的内部组成又有了新的发现。这一切科学成就都源于2500年前古希腊原子论者的天才构想。
