Τον 6ο αιώνα π.Χ., στην αρχαία ελληνική αποικία της Ιωνίας, εμφανίστηκαν φυσικοί φιλόσοφοι που στήριξαν την ερμηνεία του κόσμου στη λογική και είχαν πρωτοποριακές για την εποχή αντιλήψεις για τον κόσμο. Οι Ίωνες φυσικοί φιλόσοφοι ήταν υλιστές με την πρωταρχική έννοια του όρου, πράγμα που σημαίνει ότι οι θεωρίες τους είχαν ως βάση την ερμηνεία της φύσης μέσω των υλικών πραγμάτων. Κοινό χαρακτηριστικό των Ιώνων φυσικών φιλοσόφων ήταν η υπόθεση τους ότι όλη η ύλη αποτελείται από το ίδιο πρωταρχικό συστατικό.
Ο Θαλής που γεννήθηκε γύρω στο 625 π.Χ. υπέθεσε ότι το ύδωρ είναι η αρχή όλων των πραγμάτων. Θεωρούσε ότι η γη επιπλέει στο νερό, πράγμα που δεν απέχει πολύ από τις σύγχρονες αντιλήψεις της γεωφυσικής) και κατάφερε επιπλέον να προβλέψει την έκλειψη του ηλίου του 585 π.Χ. Ο Αναξίμανδρος (610 – 546 π.Χ.), θεώρησε ως αρχή των όντων το άπειρο, το οποίο για αυτόν ήταν χωρίς χωρικά πέρατα, χρονικά απέραντο και ποιοτικά απροσδιόριστο. Το άπειρο αν και υλικό, δεν ταυτιζόταν για αυτόν με κάποια εμπειρική ύλη. Αποτελούσε την αρχή της κοσμικής διαδικασίας και ήταν το υπόστρωμα όλων των αντιθετικών μετασχηματισμών «Εξ απείρου πάντα και εις άπειρον πάντα τελευτά».
Ο Αναξιμένης (560 – 500 π.Χ.), υιοθέτησε στη θέση του απείρου του Αναξίμανδρου, τον αέρα. Για αυτόν η ποικιλία των φαινομένων του κόσμου ερμηνεύεται από συμπυκνώσεις και αραιώσεις του αέρα. Ο Αναξιμένης συνέδεσε το θερμότερο με το αραιότερο και το ψυχρότερο με το πυκνότερο. Έτσι ανοίχτηκε ο δρόμος για την ποσοτικοποίηση των ποιοτικών καθορισμών, απαραίτητος όρος για τη γένεση και ανάπτυξη της επιστήμης.
Ηράκλειτος.
Πέρα από αυτά, στην Έφεσο, ο Ηράκλειτος (544 – 484 π.Χ.), πίστευε στην προαιώνια ύπαρξη του κόσμου. Για αυτόν οι αλλαγές στην ύλη περνούσαν με τη μορφή δύο αντίρροπων κινήσεων: πυρ – θάλασσα – γη και γη – θάλασσα – πυρ. Συνδετικός κρίκος ήταν το ευμετάβλητο πυρ: «Όλα ανταλλάσσονται με φωτιά και φωτιά με όλα, όπως ακριβώς τα αγαθά με χρυσό και ο χρυσός με αγαθά». Ο Ηράκλειτος ωστόσο, παρά τη συνεχή μεταβολή πρότεινε και ένα σταθερό στοιχείο στον κόσμο: την αναλογία. Σύμφωνα με αυτόν όλες οι μεταβολές πραγματοποιούνται στις ίδιες αναλογίες («εις τον αυτόν λόγον»).
Πέρα από την Ιωνία, στην Ελέα, ο Παρμενίδης αντιτάχθηκε στην Ιωνική φυσική και στην ηρακλείτεια θεώρηση. Για αυτόν ο φυσικός κόσμος υποτάσσεται σε μία υπερεμπειρική πραγματικότητα και απαρνείται τις Ιωνικές αντιλήψεις ως δοξασίες («δόξας»). Ο Παρμενίδης διέκρινε δύο οδούς της έρευνας («οδοί διζήσιος»). Ο δρόμος της αλήθειας ξεκινάει από την παραδοχή ότι το ον είναι, ενώ το μη ον δεν είναι («έστιν τε και ως εκ έστι μη είναι»). Ο δρόμος της δοξασίας ξεκινάει από την παραδοχή ότι και το μη ον υπάρχει («ως χρέων έστι μη είναι»). Είναι αδύνατο να γνωρίσουμε το μη ον και ούτε μπορούμε να το εκφράσουμε γιατί: «το γαρ αυτό νοείν εστίν τε και είναι». Η πρόταση αυτή που είναι ανάλογη με το καρτεσιανό cogito, ταυτίζει τη νόηση με το είναι. Το ον για τον Παρμενίδη είναι η ύλη που γεμίζει το χώρο ενώ το μη ον είναι το κενό. Ο Ζήνων ο Ελεάτης, μαθητής του Παρμενίδη, υπερασπίστηκε την Παρμενίδεια οντολογία απορρίπτοντας την πολλαπλότητα των πραγμάτων και την κίνηση. Η μέθοδος του συνίστατο στην αποκάλυψη αντιφάσεων από ταυτόσημες προκείμενες – γνωστά τα παράδοξα του Ζήνωνα. Ο Αριστοτέλης θεωρούσε τον Ζήνωνα ως τον ευρετή της διαλεκτικής (με την έννοια της εριστικής).
Ο αρχαίος Έλληνας μαθηματικός Αρχιμήδης συνέταξε πολλές ποσοτικά ακριβείς μελέτες της μηχανικής και της υδροστατικής.
Το έργο του Πτολεμαίου (Αστρονομία) και του Αριστοτέλη (Φυσική) επίσης ερχόταν συχνά σε αντίθεση με την καθημερινή παρατήρηση. Για παράδειγμα, ένα βέλος που συνεχίζει να ταξιδεύει δια μέσου του αέρα αφού εκτοξευτεί από το τόξο έρχεται σε αντίφαση με τη διαβεβαίωση του Αριστοτέλη ότι «η φυσική κατάσταση όλων των σωμάτων είναι η ακινησία» (με άλλα λόγια, ότι απαιτείται μια δύναμη για να διατηρείται ένα σώμα σε κίνηση).
