原子在數量上是無限多的，在性質上則沒有什麼區別。為了說明萬物在性質上的差異，德謨克利特主張原子在大小和形狀上有區別，它們結合時又有次序和位置上的不同。次序是指原子結合的順序，位置是指原子運動與結合的方向。用希臘字母表示，A與N就是形狀不同，AN與NA就是次序的不同，I與H就是位置的不同。這樣，在德謨克利特那裏，原子在質上是相同的，在量上則存在四種區別：大小、形狀、次序和位置。在大小上，既然他認為原子是不可分的物質微粒，那麼原子應該很小，小到肉眼看不見。但是，又有史料講，德謨克利特認為原子可能很大，甚至和世界一樣大。這似乎不大可能。在形狀上，德謨克利特認為有些原子是球形的，有的光滑，有的粗糙；有的是凹形的，有的是凸形的，有的甚至是帶鉤的。他認為太陽和月亮就是由光滑的球形原子組成的。構成靈魂的原子和火原子差不多，它們都是由最精細的球形原子組成的，所以，它們具有很大的活動性。
德謨克利特用原子和虛空的學說解釋了許多複雜的自然現象。例如，他認為磁石和鐵是由相類似的原子構成的，不過磁石的原子比鐵原子更精細，磁石原子之間的空隙比鐵原子之間的空隙要大得多，因此磁石原子的活動能力更強。由於原子的運動永遠趨向於與它相類似的原子，所以，磁石的原子向鐵移動，鑽進了鐵原子的空隙，使鐵原子運動起來，並流向磁石。十分明顯，他的這個解釋是不科學的。但是他努力用自然本身的原因來解釋自然現象的精神則是可貴的。
德謨克利特不僅認識到感覺具有主觀因素，而且也認識到感覺的局限性。他指出，在細微的領域中不能再看、再嗅、再嚐、再通過觸摸感知時，就需要理智參加進來。他這裏說的細微的領域就是指構成的物體的原子和虛空。原子和虛空是用感官無祛把握的，所以隻能用理智去認識。因為原子和虛空是物體的本原，所以他把通過理智得來的關於原子和虛空的知識稱為真實的知識，並認為可以作為真理的尺度。相對而言，通過感覺得來的關於物體的知識，他稱為虛假的知識，並且認為它沒有能力正確地判別真假。但是，德謨克利特也並不認為兩種知識是完全對立和割裂開來的。他曾以感覺與理智對話的方式指出：“可憐的理智，你從我們這裏獲得信賴，又想拋棄我們嗎？我們被拋掉了你也就垮台了。”這表明他已經認識到理智的知識雖然高於感覺的知識，但是理智的知識離不開感覺的知識，它對感覺的知識還是有一定的依存關係的。當然，二者之間的真正的辯證關係，他是沒有認識到的。
德謨克利特的影像論，是一種以十分樸素的形式表現出來的唯物主義的反映論。它對近代西方哲學的經驗論產生過較大的影響。
德謨克利特把感性認識稱做“曖昧的認識”，把理性認識稱為“真理的認識”。因為在他看來，原子本身之間沒有什麼性質的不同，人們感覺所感知的各種事物的顏色、味道都是習慣，是人們主觀的想法。德謨克利特的原子唯物論思想是古希臘唯物主義發展的最重要成果。
德謨克利特主張世界上一切事物都是相互聯係的，都受因果必然性和客觀規律的製約。他認為，原子在虛空中相互碰撞而形成的旋渦運動是一切事物形成的原因，他稱之為必然性。在強調必然性時，他否定了偶然性，把自然界的一切作用都歸結為必然性。
除此之外，其他方麵的主要思想有以下幾個方麵：
原子論
德謨克利特在自然科學上最重要的貢獻，是他繼承和發展了留基伯的原子論，為現代原子科學的發展奠定了基石。原子是非常小的，不但肉眼看不出來，就是用顯微鏡也看不出來。那麼在兩千年前，原子論是怎麼提出來的呢？其實上古時代的原子論不是科學理論，它隻是一種哲學的推測。
留基伯是古希臘愛奧尼亞學派中的著名學者，他首先提出物質構成的原子學說，認為原子是最小的、不可分割的物質粒子。原子之間存在著虛空，無數原子從古以來就存在於虛空之中，既不能創生，也不能毀滅，它們在無限的虛空中運動著構成萬物。
德謨克利特是留基伯的學生，他繼承並發展了留基伯的原子學說，指出宇宙空間中除了原子和虛空之外，什麼都沒有。原子一直存在於宇宙之中，它們不能被從無中創生，也不能被消滅，任何變化都是它們引起的結合和分離。
原子在數量上是無限的，在形式上是多樣的。在原子的下落運動中，較快和較大的撞擊著較小的，產生側向運動和旋轉運動，從而形成萬物並發生著變化。一切物體的不同，都是由於構成它們的原子在數量、形狀和排列上的不同造成的。原子在本質上是相同的，它們沒有“內部形態”，它們之間的作用通過碰撞擠壓而傳遞。
根據這樣的理論，德謨克利特還提出了他的天體演化學說，即在一部分原子由於碰撞等原因形成的一個原始旋渦運動中，較大的原子被趕到旋渦的中心，較小的被趕到外圍。中心的大原子相互聚集形成球狀結合體，即地球。較小的水、氣、火原子，則在空間產生一種環繞地球的旋轉運動。地球外麵的原子由於旋轉而變得幹燥，最後燃燒起來，變成各個天體。
德謨克利特的原子論裏沒有神存在的空間，他認為原始人在殘酷而奇妙的自然現象麵前感到恐懼，再加上知識的匱乏，隻有臆造出神來解釋一切的未知。其實，除了永恒的原子和虛空外，從來就沒有不死的神靈。他甚至認為，人的靈魂也是由最活躍、最精微的原子構成的，因此它也是一種物體。原子分離，物體消滅，靈魂當然也隨之消滅。
政治主張
德謨克利特屬於奴隸主民主派，代表著奴隸主工商業者的利益。他從理論上論證奴隸主民主共和國比貴族專製優越，並認為不要使國家獲得太多的權利，以妨礙公共的事業。他還認為一切都取決於國家：國家幸福，公民也就幸福；國家滅亡了，公民也跟著滅亡。他強調：在一種民主製度下過貧窮生活，也比在帝王統治下享受所謂幸福要好一些，就象自由比奴役好一樣。