Pre-Sokratik düşüncenin merkezinde bir çelişki vardı: Parmenides, var olanın bölünemez, değişmez ve hareketsiz olduğunu mantıkla kanıtlamıştı; oysa duyular her yerde değişim gösteriyordu. Leukippos ve öğrencisi Demokritos bu çelişkiyi tek bir hamleyle çözdü. Parmenides'in bölünemez varlığını korudular, ama onu tek ve dev bir küre olmaktan çıkarıp sonsuz sayıda küçük parçacığa böldüler: *atomos* — kesilemeyen. Aralarına da Parmenides'in reddettiği şeyi, boşluğu koydular. Değişim böylece bir yaratım değil, yer değiştirmedir: atomlar boşlukta hareket eder, birleşir, ayrılır.

Sistem şaşırtıcı ölçüde tutarlıdır. Atomlar biçim, konum ve dizilişleriyle ayrılır; nesnelerin nitelikleri bu düzenlemelerden doğar. Demokritos, 'tatlı ve acı uzlaşımla vardır, gerçekte yalnızca atomlar ve boşluk vardır' der — birincil ve ikincil nitelikler ayrımının ilk ifadesidir ve Galileo ile Locke'a kadar uzanır. Ruh da atomlardan oluşur, dolayısıyla ölümlüdür; evren sonsuz sayıda dünyayı barındırır ve hiçbiri bir amaç için düzenlenmemiştir.

Bu son nokta, kuramın kaderini belirledi. Platon ve Aristoteles'in amaçlı doğa anlayışı Antik Çağ'a hâkim olunca atomculuk azınlıkta kaldı; Epikuros ve Lucretius üzerinden sürdü ama Hristiyan Ortaçağ'ında rastlantıya ve amaçsızlığa dayandığı için mahkûm edildi. Demokritos'un yazılarından tek bir eser bütün olarak kalmadı — bildiklerimiz alıntılardan gelir. 17. yüzyılda Gassendi ile canlanan atomculuk, 1808'de Dalton'un kimyasal atom kuramıyla deneysel bir zemine oturdu. İki bin iki yüz yıl sonra doğrulanan bir tahminin, gözlem olmadan yalnızca bir mantık sorunundan çıkarılmış olması, bilim tarihinin en sık tartışılan örneklerindendir.