Az atomizmus olyan elméletekre használt kifejezés, amelyek az anyag végső alkotóelemeként apró, oszthatatlan részecskék létezését tételezik. A görög atomon kifejezés, amelyet egyes ókori filozófusok használtak e végső összetevők leírására, azt jelenti, hogy “vághatatlan” vagy “oszthatatlan”. Az ókori filozófiában az “atomizmus” általános kifejezés alá tartozó elméleteknek vannak bizonyos közös jellemzői: mindegyikük végtelen számú ilyen mikroszkopikus részecske típusú entitást (atoma, atom) tételez fel a világegyetem fizikai lakójaként; ezek az atomok az üres térben mozognak, és magának a térnek nincsenek határai, sem elkülönülő helyei; az atomoknak különböző fajtái vannak, amelyek alakjukban különböznek egymástól, és bizonyos alapvető tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például szilárdság, ellenállás, textúra és esetleg súly. Az atomok belső tulajdonságai sohasem változnak, de amikor az atomok nagyobb testekké állnak össze (akár több azonos fajtájú atom gyűjteménye, akár különböző fajták összessége), akkor a belső vagy elsődleges tulajdonságaik más másodlagos hatásokat okoznak, amelyek a nagyobb testek jellemzői, beleértve a szín, az íz és az illat megjelenését (amit másodlagos tulajdonságoknak nevezhetünk). Ezek a származékos hatások változhatnak, ahogyan az atomok elrendezése egy testben vagy testek gyűjteményében változik, még akkor is, ha maguk az atomok nem szereznek vagy veszítenek saját tulajdonságokat.”
A korai korszakban Leukipposz és Démokritosz, a hellenisztikus korban pedig Epikurosz és követői (beleértve a római költő, Lukrétiosz munkásságát is) az elsődleges jelöltek az “atomisták” elnevezésre. Az atomhipotézist ugyanis egyikük esetében sem fizikai kísérleti vizsgálatokkal ösztönözték vagy védték, és az általuk feltételezett atomok mind túl kicsik voltak ahhoz, hogy lássuk őket, és ezért megfigyeléssel éppúgy nem lehetett őket kimutatni, mint ahogyan ma sem. Az atomista elméletek mindegyikét elméleti kérdések ösztönözték, többek között a valóság természetével és állandóságával kapcsolatos metafizikai fejtörők, valamint olyan kérdések, hogy a dolgok valóban változnak-e, és hogyan tudhatjuk meg. Néhányat a matematika és a logika rejtélyei is sarkalltak, mint például Zénón rejtélyei az oszthatóságról.
Mivel ezek a rejtélyek más filozófusok által felvetett nehézségekből erednek, az atomista elméleteket a kontextusukba kell helyezni. A korai atomistákat, Leukipposzt és Démokritoszt egy csoportként kezelhetjük, mivel nehéz szétválasztani azt a feljegyzést, hogy külön-külön mit járulhattak hozzá ahhoz, amit ma már közös vállalkozásnak tekintünk. Kronológiai szempontból az általunk preszókratikus filozófiának nevezett filozófia legvégén foglalnak helyet. Démokritosz munkássága valójában egybeesik Szókratészével. Őt azért tekintik “preszókratikusnak”, mert elsősorban az elődökre reagál, legalábbis a fizikával kapcsolatos munkásságában. Úgy tűnik, hogy a metafizikában a korai atomisták legfőbb gondja az volt, hogy szembeszálljanak a Parmenidész által felhozott, majd más gondolkodók, köztük Eleai Zénón és Meliszosz által megerősített, a pluralitás és a változás elleni érvekkel. Zénón hírhedt paradoxonjainak legalábbis egy része, úgy tűnik, arra irányult, hogy megmutassa, hogy a részekre való felosztás logikailag lehetetlen, függetlenül attól, hogy a felosztás véges számú diszkrét alkotóelemet vagy finomabb felosztások és alosztások végtelen sorozatát feltételezzük. Leukipposz és Démokritosz úgy válaszol, hogy véges, diszkrét alkotórészeket javasol, amelyek maguk is szilárd anyagot alkotnak és vághatatlanok, de amelyeket üres térrészek vagy a semmi választ el egymástól.
Ez utóbbi javaslat, amely a “semmi” vagy “ami nincs” létezését állítja – és azt, hogy ez a “semmi” foglalja el a dolgok közötti teret -, volt a legvitatottabb. Az ilyen nyilvánvaló képtelenség szembemegy Parmenidész alapvető állításaival (miszerint a logikailag lehetséges világ tartalmában csak az szerepelhet, ami valami). Ezzel szemben az atomisták bátran állítják, hogy a világ tartalmazza azt, ami valami és azt, ami semmi, és a tér egy részét, a valaminek minősülő dolgok között, az foglalja el, ami semmi. Ez azt jelenti, hogy a testek megkülönböztethetők azáltal, hogy elszakadnak egymástól, így a valóságban egynél több dolog létezhet, még akkor is, ha minden test ugyanabból az anyagból áll.
A felvetés, hogy létezik üres tér, egy másik rejtélyt is megold, nevezetesen Melissus állítását, miszerint a mozgás lehetetlen, mert a dolgoknak üres térre lenne szükségük, amelyben mozoghatnának. Az üresség tételezésével az atomisták helyet csinálnak az atomok mozgásának benne, és ezzel megmagyarázzák a dolgok makroszkopikus megjelenésének változásait. Mivel az atomok elrendezései és halmazai adják az érzékelhető megjelenést, míg maguk az atomok túl kicsik ahhoz, hogy lássuk őket, csak a dolgok megjelenése változik. Nem változik az, ami alatta van: maguk az atomok soha nem változtatják meg alakjukat vagy belső tulajdonságaikat. Az atomisták ily módon tagadják, hogy bármi valóságos megszűnt volna létezni, mivel a dolgok konglomerátumai által keltett benyomások csupán látszatok, nem pedig a valóság valódi részei. Ez a fajta menekülési útvonal a változás problémái elől, és a dolgok elsődleges és másodlagos tulajdonságai közötti következetes megkülönböztetés motiválja az érzékekhez való szkeptikus hozzáállást, amely Démokritosz munkásságában kiemelkedő.
A hellenisztikus korban az epikureus filozófia az atomizmus mellett érvel hasonló irányvonalak mentén. Fejlődések azonosíthatók az üresség felfogásában (amelyet most már vitathatatlanul tiszta kiterjedésként képzelnek el, amely lehet elfoglalt vagy nem elfoglalt, szemben a “semmi” által elfoglalt hellyel) és abban az elképzelésben, hogy maguk az atomok “minimális részeket” tartalmaznak: Ezek a részek nemcsak fizikailag nem vághatók szét, hanem véges méretűek is: itt is van egy határ, ameddig a nagyságrendet gondolatban feloszthatjuk, és az eredménynek véges számú, véges méretű résznek kell lennie. Az atomizmus epikureuszi változatának ilyen és más jellemzőit Arisztotelésznek és Diodórusz Kronosznak az idővel, a térrel és a végtelen feladatokkal kapcsolatos munkái ösztönözték.
Epikurosz a szigorúan vett fizikán és metafizikán kívül számos más területen is hivatkozott az atomelméletre. Az érzékelést, a gondolkodást, az álmokat és más pszichológiai jelenségeket, a vallásos hitet, az akarat szabadságát és általában az ok-okozati összefüggéseket egy általánosan materialista látásmódra hivatkozva kell megmagyarázni, amelyben a lehetőségeket az határozza meg, hogy mit lehet feltételezni arról, hogy mi történhet a végtelen üres térből álló világegyetemben véletlenszerűen aláhulló parányi testekkel. Ennek a víziónak a leginkább hozzáférhető és szisztematikus feltárását, amely épségben fennmaradt számunkra, hogy egészében elolvashassuk, Lucretius nyújtja (misszionárius buzgalommal) a De rerum natura című művében.