Leukippos (5. saj. I pool e.m.a.) jõudis atomistika printsiipideni vaidlustes Zenoni pidevuse apooriaga. Ka atomistika aluseks on algmateeria, ent asjade paljusust ei seletata mitte nende koostise, vaid lihtsaimate osakeste kuju erinevusega. See oletus tõi atomistikasse sümmeetria elemendid, sest konkreetsete asjade mitmesuguste omaduste erinevust saab seletada osakeste järjestuse ja paigutusega. Atomistika aluseks on teatud kogemuslikud printsiibid: 1) mateeria (aine) jäävus (Lucretius: „Nil posse creari de nilo“ – ld. mitte miski ei saa tekkida mitte millestki), 2) kuju (vormide) jäävus: looduses korduvad ühed ja samad mateeria vormid, 3) tühjuse olemasolu, sest „ilma tühjuseta ei saaks miski kuhugi liikuda“ (Lucretius).

Demokritos (u. 460 – u. 370) ja Epikuros (vt. § 4.6) oletasid lisaks vormide (kuju) erinevusele ka osakeste suuruse erinevust. Selle järgi eristatakse Empedoklese käsitluses maataolisi, veetaolisi, õhutaolisi ja tuletaolisi aineid, mis on reastatud osakeste vähenemise järjekorras. Need omadused pole mitte agregaatoleku ilmingud, vaid vastava algtüübi universaalsed karakteristikud. See viis aga agregaatolekute muutuste seletamisel kunstlike konstruktsioonideni: vee jäätumisel tõrjutakse välja teatud hulk kerakujulisi osakesi ja jää moodustavad peamiselt kolmnurksed või teravnurksed osakesed (lumehelbed). Heron (vt. § 4.4) esitas hiljem õhu atomaarse koosseisu selgitamiseks ilusa analoogia: nii nagu liiv liivahunnikus koosneb liivateradest, mille vahel on õhk, nii koosneb õhk peenimatest osakestest ning nende vahel on tühjus. Antiik-atomistikale on iseloomulik osakestevaheliste jõudude eitamine. Seetõttu püüti adhesiooni seostada osakeste karedusega või koguni konksukeste olemasoluga. Põhiliseks aatomitevahelise mõju mehhanismiks peeti nende põrkeid. Võib märgata mõningat järjekindlusetust: eitati küll osakestevahelist tõmbejõudu, kuid ometi tunnustati printsiipi, mille kohaselt sarnased püüdlevad sarnaste poole.

Epikuros omistas aatomitele veel kaalu, tiheduse (jäikuse) ja sisemise võime kalduda kõrvale sirgjoonelisest liikumisest. Tolle sisemise vabaduse tagajärjel aatomid põrkuvad ja tekitavad keerisetaolisi liikumisi, mis lõpmatu ruumi eri kohtades kujundavad lõpmatu hulga maailmu, mis on üksteisest lahutatud tühja ruumiga. Aatomite vabadus on aluseks ka inimese tahtevabadusele.