Сам Кампанелла не стал ученым-экспериментатором. Правда, еще в Неаполе он вместе с Джамбаттистой делла Порта, несомненно, занимался исследованием природных явлений, но между собиранием и первым осмыслением фактов и наблюдений и новым экспериментальным естествознанием была еще пропасть. А в дальнейшем он и практически не мог осуществить тех исследований, к которым призывал в своих книгах: неаполитанские подземелья были плохой лабораторией. В естественнонаучных сочинениях Кампанеллы мы наряду с глубокими догадками и интересными наблюдениями столкнемся с самыми фантастическими объяснениями, в которых запомнившиеся с детства поверья калабрийских крестьян сочетаются со ссылками на факты, вычитанные из древних и новых авторов научные соображения с магическими и астрологическими построениями. И все же заслуги Кампанеллы в подготовке нового естествознания бесспорны. Отказ от схоластической традиции, требование непосредственного изучения природы на основе ее собственных начал, сенсуалистская теория познания, индуктивный метод — все это создавало важнейшие теоретические предпосылки новой науки.
Разрабатывая сенсуалистскую теорию познания, Кампанелла неизбежно должен был столкнуться с проблемой достоверности научного знания и критерия его истинности. В самой общей форме он определяет истинность познания как соответствие человеческого знания сущности вещи: «Ведь истина есть сама сущность вещи» (6, стр. 170). Истинным знанием является знание, соответствующее действительной природе вещей. Но возможно ли достоверное знание? В ранних сочинениях, излагая сенсуалистскую теорию познания, Кампанелла удовлетворялся общим заявлением о большей достоверности непосредственного чувственного знания по сравнению с рациональным познанием. Однако созерцательный телезианский материализм не давал иного доказательства достоверности знания, кроме чувственной очевидности. В «Метафизике» Кампанелла попытался по-новому поставить и решить проблему достоверности знаний. Он начинает с подробного изложения 14-ти сомнений в достоверности знания. Доводы скептиков следующие: наше знание неполно, мы знаем лишь ничтожную часть окружающего нас мира, мы видим лишь поверхность вещей, обладаем «лишь частичным и внешним знанием». Но и эту ничтожную часть мира мы не знаем достоверным образом, ибо знание общего недостаточно; и «универсалии Аристотеля суть не что иное, как подобие частного»; и, познавая общность вещей, мы не постигаем их сущности. Частное тоже недоступно познанию, ибо оно бесконечно. «Кроме того, вещи подвержены гибели, вот они существуют, а вот уже их нет, они находятся в постоянном потоке» (19, стр. 7). Чувственное знание недостоверно: известны случаи обмана органов чувств. Фантазия и воображение способны исказить картину действительного мира. Познаваемая нами реальность изменчива и уже потому не поддается адекватному познанию. В потоке изменчивой действительности изменяется и сам человек. Он не способен достоверно познать даже самого себя. Философы постоянно впадают в ошибки и заблуждения, между ними идут непрекращающиеся споры — не свидетельствует ли это вековое разногласие о невозможности достичь достоверного знания мира? Да и сами философы, и Священное писание разве не говорят о тщете познания (см. 19, стр. 6—28)?
Так, «метафизик, который трактует общую всем наукам философию, не выставляет заранее предпосылок, но все исследует, подвергая сомнению. Он даже не предполагает самого себя, каким он кажется себе, не говорит, жив он или мертв, но сомневается во всем» (19, стр. 257).
Сомнениям скептиков Кампанелла противопоставляет уверенность в возможности истинного знания, такого, при котором вещь познается «такой, какая она есть» (19, стр. 30). Ибо в самом сомнении, в самом скептицизме, говорит Кампанелла, содержится утверждение истинного знания. «Те, кто признается, что они не знают даже, знают они что-либо или нет, говорят неправду. Ведь они по необходимости знают хотя бы то, что они не знают, и хотя это еще не есть знание, ибо является отрицанием, подобно тому как лицезрение тьмы не есть видение чего-либо, но лишенность зрения; и, однако, уже тем обладает человеческий дух, что знает, что он в данный момент не обладает знанием, так же как он ощущает, что в потемках он не видит и не слышит в тишине. Если бы он этого не воспринимал, то был бы камнем… Далее, они знают, в чем истина и в чем знание, иначе они не могли бы сказать, что им неведома истина. Говорить ведь значит уже нечто утверждать… Поэтому когда они говорят, что ничего не знают, то они отрицают этим совершенство знания… но не могут опровергнуть существования знания, искусства и ощущения…» (19, стр. 30–31).