Deoarece gânditorii greci antic, cum ar fi Democritus, nu aveau tehnologie și instrumente sofisticate cum ar fi microscopul, teoria sa asupra atomului se datora mai mult experimentării gândirii decât observării empirice grele, așa cum este folosită în știința modernă. În esență, el a conceptualizat-o.
Primele semințe pentru teoria lui Democritus au venit de la profesorul și mentorul său, Leucippus, semințe pe care Democritus le-a adoptat și le-a dezvoltat ulterior. Ca și în cazul multora dintre filozofii greci antic, în special pre-socrați, Democritus a fost interesat de descoperirea primelor principii, acele substanțe la care toate substanțele ulterioare ar putea fi în mod substanțial reduse. În timp ce gânditorii mai devreme au sugerat lucruri precum apa, aerul și focul ca primele substanțe, Democritus a presupus că toată materia poate fi rarită în particule mici invizibile numite atomi, particule care sunt solide și indestructibile.
Potrivit lui Democritus, atomii diferă în formă, dimensiune și aranjament, în funcție de tipul specific de substanță pe care o produc. Obiectele mari, de exemplu, sunt realizate din atomi de dimensiuni mari, în timp ce obiectele mici constau din atomi mai mici, mai mici. Pentru Democritus, realitatea însăși a constat din două lucruri: atomii înșiși și un gol enorm prin care atomii se pot mișca și asimila în configurații diferite. În consecință, Democritus a susținut că toate experiențele senzuale - colecția de date senzoriale din mediul înconjurător - se datorează contactului fizic real pe care omul îl trăiește cu atomii în aranjamentele lor unice. De exemplu, senzația de gust este produsă prin atomii mici, care se rup, de fapt, la suprafața limbii. În plus, Democritus a considerat sufletul drept o colecție de atomi slabi și netede, care în cele din urmă se dispersează în atmosferă la moarte.
