Da antiken griechischen Denkern wie Demokrit hochentwickelte Technologien und Werkzeuge wie das Mikroskop fehlten, beruhte seine Theorie des Atoms eher auf Gedankenexperimenten als auf harter empirischer Beobachtung, wie sie in der modernen Wissenschaft verwendet wird. Im Wesentlichen hat er es konzeptualisiert.
Die ersten Samen für Demokrits Theorie kamen von seinem Lehrer und Mentor Leukippus, Samen, die Demokrit dann übernahm und weiterentwickelte. Wie viele der frühesten antiken griechischen Philosophen, insbesondere die Vorsokratiker, war Demokrit an der Entdeckung der ersten Prinzipien interessiert, jener Substanzen, auf die alle nachfolgenden Substanzen im Wesentlichen reduziert werden konnten. Während frühere Denker Dinge wie Wasser, Luft und Feuer als erste Substanzen vorschlugen, vermutete Demokrit, dass alle Materie in kleine unsichtbare Teilchen namens Atome verdünnt werden kann, Teilchen, die fest und unzerstörbar sind.
Nach Demokrit unterscheiden sich Atome in Form, Größe und Anordnung, je nachdem, welche Substanz sie produzieren. Große Objekte zum Beispiel bestehen aus großen runden Atomen, während kleine Objekte aus spitzen, kleineren Atomen bestehen. Für Demokrit bestand die Realität selbst nur aus zwei Dingen: den Atomen selbst und einer enormen Leere, durch die sich die Atome bewegen und in verschiedene Konfigurationen aufnehmen können. Folglich argumentierte Demokrit, dass alle sinnlichen Erfahrungen – die Sammlung von Sinnesdaten aus der Umgebung – auf den tatsächlichen physischen Kontakt zurückzuführen sind, den der Mensch mit Atomen innerhalb seiner einzigartigen Anordnungen erfährt. Der Geschmackssinn wird zum Beispiel durch winzige gezackte Atome erzeugt, die tatsächlich an der Oberfläche der Zunge reißen. Darüber hinaus betrachtete Demokrit die Seele als eine Ansammlung von losen, glatten Atomen, die sich nach dem Tod schließlich in der Atmosphäre auflösen.
