古希臘羅馬時期一種認為世界萬物是由不可再分的物質微粒即原子組成的唯物主義學說。西元前5～前4世紀由古希臘哲學傢留基波和德謨克利特創立。留基波和德謨克利特繼承瞭伊奧尼亞學派的唯物主義思想，特別是阿那克薩戈拉的“種子說”，進一步提出世界萬物是由原子與虛空構成的理論。他們認為，原子是一種最小的、不可再分的物質微粒，其根本屬性是絕對“充實性”，它沒有空隙，不可穿透。虛空也是實在的，不過它是空的，是原子運動的場所和和條件。由於原子自身的原因，它在虛空中產生瞭急劇而零亂的運動，彼此發生碰撞而結合在一起，從而構成瞭世界及其中的事物。原子的數量是無限的，它沒有性質上的不同，但有大小、形狀、位置和排列的差異，因而組成世界上千差萬別的事物。他們還用原子來說明人的生命現象和認識的形成，認為靈魂也是物質，是由精細和圓滑的原子構成的；這種原子佈滿瞭全身而形成靈魂的各個部分，空氣中有大量靈魂的原子，隨著人的呼吸與人體交換，從而維持人的生命；一旦呼吸停止，靈魂的原子不能重新交換，生命也就結束瞭；在構成萬物的原子群中，不斷分出微小的原子向各方面流出，經過空氣形成事物的影像，作用於人的感官和靈魂，便產生瞭人的感覺和思想。
古希臘晚期哲學傢伊壁鳩魯繼承和發展瞭原子唯物論的學說，提出原子有重量的重要理論。由於原子有重量，它們在虛空中必然向下降落，這就有可能從原子自身尋找運動的原因。他還指出，原子由於內部的原因會產生偏斜運動，使原子之間發生碰撞，結合成萬物。從而克服瞭德謨克利特隻承認必然性否認偶然性的片面觀點。古羅馬時期盧克萊修根據當時科學發展的水平，在《物性論》中以豐富的事例和詩的語言詳細論證瞭原子唯物論，其中主要是伊壁鳩魯的哲學原理，他概括為兩條基本規律：沒有任何事物能從無產生出來，一切東西都是從一定種子（原子）產生的；也沒有任何事物消滅後歸於無，物質是永恒存在的。原子唯物論是同柏拉圖的理念論相對立的學說，是古代樸素唯物主義思想發展的最高成就，盡管它還沒有脫離古代哲學的樸素性和自發性，但它不是用人們直接觀察到的某種具體物質作為世界萬物的本原，而是以更為普遍的東西“原子”來說明自然現象多樣性統一的基礎，這是人類認識思維發展的重要成果，也是對客觀世界認識深入的表現。但原子唯物論者把原子看成是不可分的最小單位是不科學的。