在认识论上，德谟克利特认为，每一个物体都会发出一种与自身形状相似的影像，这种影像通过空气的作用而在我们的眼睛里压下印记，从而形成感觉和思想，承认了外界事物的影像对感官的刺激时我们的一切认识得以发生的根本原因；同时他也认为感觉是因人而异的，它受到情感、意见等多种因素的影响。我们关于事物性质的感觉本来就是约定俗成的，而对于不可感知的原子和虚空，只有通过理性才能构成真正的知识，但是缺乏感觉的理性就是无源之水，他们二者只有精确程度上的差异。
它较为圆满的解决了一与多、存在与非存在、本原与运动、理性与感觉等重大理论问题，使古希腊的结构自然观达到了完备的形态，对现在的唯物主义哲学和自然科学研究产生了深远的影响。
