Очень трудно отделить вклад, внесенный в науку Левкиппом, от более поздних достижений Демокрита. По вопросам общего характера, включая учение об атомах, между Левкиппом и Демокритом расхождений, (видимо, не было с большой долей вероятности можно предположить, что система Левкиппа включала основные положения атомистики и общую теорию мира (космогонию и космологию). Демокрит развил учение Левкиппа, превратив его во всеобъемлющую научную систему, заключавшую в себе наряду с учением о бытии и космосе также теорию познания, логику, этику, педагогику, математику, биологию, психологию и т. д. Энциклопедизм Демокрита и его литературная плодовитость, позволявшая по объему научной продукции сравнивать его с Платоном и Аристотелем, несомненно содействовали его славе в древности и были причиной того, что он затмил собой фигуру своего учителя Левкиппа. К сожалению, от сочинений Демокрита до нас дошло лишь некоторое количество коротких в большинстве своем незначительных фрагментов; по этой причине его учение приходится восстанавливать главным образом на основе косвенных и не всегда надежных свидетельств.
По свидетельству Аристотеля, Левкипп пришел к атомистической концепции, пытаясь согласовать данные чувственных восприятий с аргументами Парменида о том, что истинное бытие не может ни возникать, ни уничтожаться, ни изменяться. В противовес элеатам он постулировал, что небытие существует нисколько не менее чем бытие, и это небытие есть пустота; сущее же в собственном смысле есть «полное» бытие, причем оно не едино; таких сущих бесконечное множество, и они невидимы вследствие малости своих объемов. Они отличаются друг от друга лишь величиной, формой и положением; они носятся в пустоте и, соединяясь друг с другом, порождают всевозможные вещи. Эти единицы бытия неизменны, неделимы и абсолютно полны — во всем этом они подобны истинному бытию Парменида. Свойство неделимости побудило назвать их «атомами» (atomoi, что в буквальном переводе означает «нерассекаемые»).
Итак, согласно Левкиппу и Демокриту, в мире существуют лишь два начала — пустота и атомы. Пустота безгранична (Левкипп называл ее великой пустотой»); в ней нет ни верха, ни низа, ни центра, ни периферии. По-видимому, именно осознание идеи пустоты привело атомистов к идее бесконечного пространства, в столь четкой форме не осознававшийся ни более ранними мыслителями, ни Эмпедоклом, ни Анаксагором. В этом пространстве во всех направлениях беспорядочно носятся атомы; наглядным образом, позволяющим представить себе движение атомов в пустоте, были для Демокрита пылинки, пляшущие в солнечном луче. Атомы обладают выпуклостями, углублениями и крючкообразными зацепками, благодаря которым они могут при столкновениях сцепляться, образуя более или менее устойчивые соединения. Сцепление большого числа атомов вызывает возникновение огромных вихрей, которые в конечном счете приводят к образованию миров. При возникновении космического вихря прежде всего образуется внешняя оболочка, подобная пленке или скорлупе, отгораживающей мир от внешнего пустого пространства. Эта пленка препятствует атомам, находящимся внутри вихря, вылетать наружу и, таким образом, обеспечивает стабильность образующегося космоса. Внутри же этой оболочки происходит обособление различных видов атомов: подобные из них соединяются с подобными, причем более крупные атомы оказываются в центре космоса, образуя Землю, а более мелкие устремляются к периферии. Тяжесть не является первичным свойством атомов, а возникает как вторичный эффект в процессе космообразования. Земля имеет форму барабана (тимпана) с вогнутыми основаниями; в начале она была невелика и вращалась вокруг своей оси, но потом, став плотнее и тяжелее, перешла в неподвижное состояние.
