Leucipo de Mileto y su discípulo Demócrito de Abdera formulan en el s.V a.C. la hipótesis de que toda la materia está compuesta de partículas indivisibles (ἄτομος, átomos) en movimiento perpetuo en el vacío (κενόν). Los átomos difieren en forma, tamaño y posición pero no en cualidades sensibles; sus combinaciones y separaciones explican toda la diversidad observada. La teoría es estrictamente mecanicista y materialista: rechaza causas finales, intervención divina y el continuum de la materia. Fue marginada por la física aristotélica, que negaba el vacío y la materia discreta, y permaneció como posición minoritaria durante toda la Antigüedad y el período medieval. El atomismo sobrevivió principalmente a través de Epicuro y del poema De rerum natura de Lucrecio (s.I a.C.). No se convirtió en programa científico hasta que Dalton formuló la teoría atómica química (1803) y la física cuántica del s.XX confirmó la estructura discreta de la materia, aunque los átomos modernos son divisibles y cualitativamente distintos entre sí, refutando los detalles pero no la intuición fundamental.