古希腊原子论
德谟克利特探讨了物质结构的问题，提出了原子论的思想。他认为万物的本原是原子和虚空。原子是一种最后的不可分割的物质微粒，它的基本属性是"充实性"，每个原子都是毫无空隙的。虚空的性质是空旷，原子得以在其间活动，它给原子提供了运动的条件。原子的数目是无穷的，它们之间没有性质的区别，只有形状、体积和序列的不同。运动是原子固有的属性。原子永远运动于无限的虚空之中，它们互相结合起来，就产生了各种不同的复合物。原子分离，物体便归于消灭。他甚至认为人的灵魂也是由原子构成的，但那是最精细的原子；当构成灵魂的原子分散时，生命灭亡了，灵魂也就消失了。德谟克利特将他的认识论建立在这样一个假定之上，即构成事物的原子群不断地流射出事物的影像，这些影像作用于人的感官和心灵，便产生了人的感觉和思想。他肯定了人们的感觉和思想是客观世界的反映，这是唯物论的反映论。但是，他把感性认识和理性认识看成是两种不同的影像作用于不同的认识器官的结果，因此认识似乎是一次完成的；这就把感性认识与理性认识割裂开来，否定了前者到后者的飞跃。
近代原子论
西方文艺复兴后，自然科学的研究日益受到人们的广泛重视，以牛顿力学体系的建立为标志，自然科学进入了一个辉煌的发展时期。由于法国学者伽森第等人的努力，德谟克利特等人的原子论在17世纪得以复活。然而，此时原子论者感兴趣的问题已经不是设想如何组成世界，而是如何在原子论的基础上建立起物理学和化学的基本理论。受到当时力学思维盛行的影响，笛卡尔否认原子的不可分割性，他认为最初的宇宙由大小相同的粒子组成，这些粒子沿封闭曲线形成旋涡，结果造成今天的宇宙基本上由三种不同的粒子组成，这些粒子的性质可由质量、速度和运动的量等进行定量的描述。博斯科维奇则试图以没有大小、只有力学作用的原子模型来说明所有已知的物理现象，这为后来的气体分子运动论打下了基础。
然而大多数科学家对原子论的主要兴趣是在化学方面，他们认为原子本身不可发生改变，原子在被纳入更大的单元时，只是采取简单的并列方式。塞诺特已经清楚地区分了基本原子和经过组合而成的原子。玻意耳遵循同样的思路，认识到组合而成的原子是以化学意义上的基本粒子的方式起作用。他在1661年出版了化学史上非常著名的《怀疑派的化学家》一书，用气体是像小弹簧似的粒子的聚集体的概念来解释气体的各种物理现象。
在近代原子论的建立中，英国伟大的科学家道耳顿做出了不可磨灭的贡献，他通常被看成是科学原子论之父。他把玻意耳、拉瓦锡的研究成果，即化学元素是那种用已知的化学方法不能进一步分析的物质，同原子论的观点结合起来。他提出，有多少种不同的化学元素，就有多少种不同的原子；同一种元素的原子在质量、形态等方面完全相同。他还强调查清原子的相对重量以及组成一个化合物“原子”的基本原子的数目极为重要。关于原子组成化合物的方式，道耳顿认为这是每个原子在牛顿万有引力作用下简单地并列在一起形成的。在化学反应后，原子仍保持自身不变。尽管现代科学的发展在一定程度上修正了原子本身的物理不可分和万有引力将原子连接在一起的观点，但是道耳顿对原子的定义却被广泛地接受下来。
