Democritus gibi antik Yunan düşünürleri, sofistike teknolojiden ve mikroskop gibi araçlardan yoksun olduklarından, atom teorisi, modern bilimde kullanılan deneysel gözlemden ziyade, düşünce deneyinden kaynaklanıyordu. Özünde, onu kavramsallaştırdı.
Democritus'un teorisinin ilk tohumları, öğretmeni ve danışmanı Leucippus'tan geldi, sonra Democritus'un kabul ettiği ve daha da geliştirdiği tohumlar. En eski antik Yunan filozoflarının birçoğunda olduğu gibi, özellikle de Sokrat öncesi Demokritus, ilkelerin keşfedilmesine ilgi duyuyordu, sonraki tüm maddelerin esasen indirgenebildiği maddeler. Daha önce düşünürler, ilk madde olarak su, hava ve ateş gibi şeyler önermiş olsa da, Democritus, tüm maddelerin atom denilen küçük görünmez partiküller, katı ve tahrip edilemez partiküller halinde enderleştirilebileceğini düşündü.
Democritus'a göre, atomlar ürettikleri özel maddenin türüne bağlı olarak form, boyut ve düzen bakımından farklılık gösterir. Büyük nesneler, örneğin, büyük yuvarlak atomlardan yapılırken, küçük nesneler sivri, küçük atomlardan oluşur. Democritus için gerçekliğin kendisi sadece iki şeyden oluşuyordu: atomların kendileri ve atomların farklı konfigürasyonlarda hareket edip asimile olabileceği muazzam bir boşluk. Sonuç olarak, Democritus, birinin tüm duyusal deneyimlerinin - çevreden gelen duyu verilerinin toplanmasının - insanın kendine özgü düzenlemeleri içinde atomlarla yaşadığı gerçek fiziksel temastan kaynaklandığını ileri sürdü. Örneğin, tat alma duyusu, aslında dil yüzeyinde yırtılan küçük pürüzlü atomlar vasıtasıyla üretilir. Ek olarak, Democritus ruhu ölümden sonra atmosfere yayılan gevşek, pürüzsüz bir atom topluluğu olarak görüyordu.
