Наиболее же всеобъемлющей из всех систем, развивавшихся в этом направлении, был атомизм. Пытаясь завершить начатое ионийцами, то есть довести до конца поиски элементарной субстанции, составляющей материальный мир, и в то же время побороть аргументы Парменида, Левкипп и Демокрит стремились дать объяснение всех феноменов посредством чисто материалистических понятий: мир состоит исключительно из несотворенных и неизменяемых материальных атомов — единообразной субстанции, как считал и Парменид, однако число их бесконечно.
Эти недоступные зрению микроскопические неделимые частицы постоянно движутся в безграничной пустоте, а их хаотические столкновения и случайные сочетания порождают все явления видимого мира. Атомы наделены однородными свойствами, различаясь лишь по форме и величине, иными словами, обладают количественными характеристиками и измеримы.
Далее Демокрит возражал Пармениду, утверждая, что то, "чего нет", на самом деле может существовать, например вакуум — пустое, однако реальное пространство, в котором движутся и собираются в различные сочетания атомы. Движение атомов протекает механически: не под воздействием космического разума (такого, как Nous), а по причине слепой случайности естественной необходимости (ananke). Источник всякого человеческого знания — всего лишь импульс, толчок, который чувственно воспринимается от столкновения с материальными атомами. Тем не менее, многие ощущения, испытываемые человеком, такие, например, как холод и тепло, горькое и сладкое, проистекают отнюдь не из присущих атомам качеств, а из субъективности человеческого восприятия. "Качество" принадлежит области субъективных ощущений, ибо атомы различаются лишь количественными характеристиками. Все реальное является материей в пространстве, атомами, хаотически движущимися в вакууме. Когда человек умирает, гибнет его душа: материя же сохраняется и не исчезает. Изменяется лишь сочетание атомов, но те же самые атомы, постоянно сталкиваясь, проходя разные стадии возрастания и убывания, образует уже другие тела, скапливаются в группы, которые вновь разбиваются, давая начало бесконечному числу миров в этой пустоте, а со временем приводя их к распаду.
Атомизм окончательно отверг те мифологические реликты, которые еще сохранялись у ранних философов в их самоодушевленной субстанции: единственная причина хаотического движения атомов — пустота, атомы же целиком материальны и лишены какого-либо божественного порядка или цели. Одних такое объяснение устраивало как самая ясная рациональная возможность избежать искажений, порождаемых субъективностью человека и его страстями, и без прикрас постичь механизм Вселенной. Для других же многое так и осталось неразрешенным: происхождение форм и длительность их существования, предназначение мира, к тому же необходимо было найти удовлетворительный ответ на вопрос о, первопричине движения. Казалось, что на пути к постижению мира произошло значительное продвижение, но, вместе с тем, утрачивало ясность то, что примитивному, дофилософскому мышлению представлялось столь определенным. Пробные "вылазки" ранних философов привели к тому, что под сомнение попало не только существование богов, но и мгновенное свидетельство собственных чувств: даже оно могло оказаться всего лишь иллюзией, так что в рациональных поисках объяснения действительности оставалось полагаться единственно на человеческий разум.
Среди греков, вставших на путь интеллектуального продвижения от мифического к натуралистическому, единственным исключением был Пифагор. По-видимому, дихотомия религии и разума не столько подталкивала Пифагора к тому, чтобы отмежеваться от одной ради другого, сколько побуждала его к их синтезу. Действительно, у древних он пользовался репутацией человека, обладающего гением как научным, так и религиозным. Однако мало что можно сказать о Пифагоре со всей определенностью. Его школа соблюдала правило, предписывавшее строжайшую тайну, и с самого начала ее окружал ореол легенды. Пифагор, происходивший с ионийского острова Самоса, вероятно, много путешествовал, он учился в Египте и Месопотамии, прежде чем отправиться на запад, в Кротон — греческую колонию на юге Италии. Там он основал философскую школу и религиозное братство, которое поддерживало культ Аполлона и Муз и стремилось к нравственному очищению, духовному спасению и интеллектуальному проникновению в природу: подразумевалось, что все это было теснейшим образом взаимосвязано.