Демокрита, как и других философов Древнего мира, всегда интересовал вопрос, что является первоосновой Вселенной. Одни мудрецы считали, что вода, другие — огонь, третьи — воздух, а четвертые — всё вместе взятое. Демокрита их доводы не убеждали. Размышляя над первоосновой мира, он пришел к выводу, что ею являются мельчайшие неделимые частицы, которые он назвал атомами. Их великое множество. Весь мир состоит из них. Они соединяются, разъединяются. Он сделал это открытие путем логических рассуждений. И спустя две с лишним тысячи лет ученые нашего времени с помощью физических приборов доказали его правоту.Его отец был зажиточным купоном в Абдерах — древнегреческом богатом торговом и культурном центре того времени. Он смог дать сыну хорошее образование. С ребенком занимались персидские мудрецы, греческие философы, поэты. С детства он ни в чем не нуждался, и обучение составляло смысл его жизни. Когда умер отец, он стал наследником большого состояния и решил отправиться путешествовать, чтобы познакомиться с разными странами, изучать окружающий мир, людей, животных.

Демокрит побывал в Египте, Вавилоне, Персии, Индии, слушал в Афинах лекции пифагорейцев. По преданию, на эти путешествия он потратил большие средства из оставленного ему наследства.  Однако в Абдерах растрата наследства преследовалась по закону. Его вызвали в суд, ему грозило заточение. Но вместо защиты и объяснений своих «растратных» действий он стал зачитывать выдержки из своего произведения «Великий мирострой». Судьи заслушались. Чтение было настолько увлекательным, что люди приходили даже с улицы. Демокрит был не только полностью оправдан, но ему собрали еще денег для дальнейших исследований.

Демокрит стал популярен среди правящей аристократии, ему даже поручили властвовать в городе. За усердие и заслуги прозвали его «патриотом». Но простым людям он казался чудаком. Он вел странный образ жизни, уходил из города, посещал кладбища, разговаривал сам с собой, много читал, иногда без видимой причины разражался смехом. Его не понимали и даже боялись. Наблюдая за ним, горожане сочли его умалишенным и пригласили известного врача Гиппократа для освидетельствования. Тот прибыл в Абдеры, встретился в Демокритом, долго беседовал с ним. После Гиппократ заявил, что Демокрит совершенно здоров как физически, так и психически. Просто он погружен в свои мысли и удивляется или радуется совершаемым им открытиям.

Традиционное для античных времен представление о первоначале мира Демокрита не устраивало. Он считал, что весь окружающий нас мир состоит из мельчайших частиц, которые нельзя заметить с помощью органов чувств. Эти частицы — предел мира, дальше они не делятся, поэтому он и назвал их атомами (по-гречески «неделимые»). Такая теория позволила Демокриту дать объяснение разнообразия окружающего мира. Отсутствие атомов — это пустота. В пространстве атомы двигаются хаотично, они могут соединяться и разъединяться, и тогда мы наблюдаем создание или разрушение предметов.

Демокрит впервые употребил термин «микрокосм» в понимании человека как Вселенной (макрокосм) в миниатюре. Он попытался объяснить механизм зрения: от предметов, которые видит наш глаз, отделяются маленькие невидимые частицы — корпускулы, они проходят через пустоту и отражаются на сетчатке глаза. Органом мышления человека выступает исключительно его мозг, он инструмент познания.

Демокрит не верил в богов, считал, что если они и существуют, то так же смертны, как и люди. Возникновение религии он объяснял беспомощностью людей перед грозными явлениями природы.

К сожалению, большинство сочинений философа были утрачены, и многие его мысли, рассуждения дошли до нашего времени в воспоминаниях его учеников, последователей, а также критиков . Его главное учение об атомах оказало большое влияние на развитие философской и научной мысли, оно объясняло структуру материального мира, движение тел, их рождение и гибель.

Создатель современной атомной физики Нильс Бор говорил, что концепция Демокрита (деление мира на атомы) оказала влияние на его труды.