К идее атомов и пустоты, не данных нам непосредственно в опыте, можно прийти при помощи рассуждения. Пустота обосновывается тем фактом, что в мире есть движение. Обосновать существование атомов сложнее. Но очевидно, что все вещи в мире разрушаются. Если мы допустим, что любая из частей в свою очередь также разрушима, то непонятно, почему всё давно уже не стерлось в мельчайшую пыль и как из этой непрерывно разрушающейся пыли могут собираться вещи. Поэтому в основе всех изменений, любого возникновения и уничтожения, должны быть атомы, то есть буквально «нечто неделимое» (отметим, что сам Демокрит не использовал субстантивированное прилагательное «атом» как термин). Эпикурейцы усиливают этот аргумент таким рассуждением: если частицы делятся бесконечно, но обладают ненулевой протяженностью, то любой предмет состоит из бесконечного числа частиц, и сколь малы ни были бы частицы, их бесконечная сумма дает бесконечную величину. То есть любой предмет нашего мира должен был бы иметь бесконечный размер.

Концепция Демокрита была подвергнута критике Аристотелем. Какими бы малыми ни были атомы, они имеют некоторую пространственную протяженность, а значит, обладают частями и потенциально делимы. Любая протяженность делима, поэтому мы никогда не можем дойти до неделимого элемента, имеющего протяженность. Неделимой может быть только математическая точка, не имеющая вовсе протяженности, однако из таких точек мы не можем составить физическое тело. Это критическое замечание Эпикур, учившийся у перипатетика Праксифана, по-видимому, учел. Он не отрицает протяженности атома и наличия у него частей, однако не считает, что любой протяженный предмет обязательно должен быть делимым. Делимо только то, между частями чего имеется пустота, а атомы абсолютно плотны.

Аристотель также критикует концепцию движения Демокрита. Демокрит не считал, что у атомов есть собственный принцип движения, и допускал только внешний толчок, который запускает вихревое движение, подталкивающее затем само себя. Но откуда берется первоначальное движение? Что объясняет хаотичный характер движения атомов? Эпикур считает таким источником движения тяжесть атомов, которая побуждает их падать вниз, причем не хаотично, а прямо и с одинаково большой скоростью (тем самым предваряя эксперименты Стевина (1586) и Галилея (1589), доказывающие, что тела разных масс падают с одинаковым ускорением). Эта концепция в свою очередь также вызывала критические замечания. Где, собственно, у бесконечности верх и низ? Плутарх иронизировал, что Эпикур наделяет пустоту головой и ногами (Об упадке оракулов). Также возникает самая сложная проблема эпикурейской физики – как объяснить взаимодействие эти летящих параллельно друг другу атомов?

Помимо этого, есть и другие принципиальные отличия эпикуровской атомистики от демокритовской, не позволяющие говорить, что Эпикур «украл» физику у Демокрита. Согласно Демокриту, неделимые частицы могут иметь различные размеры, даже величиной в стол или Землю (впрочем, как бы ни был велик атом, мы все равно не сможем его увидеть в силу того, что атом, будучи простым, не может испускать «видностей», состоящих из атомов же). Они также имеют различные сложные формы, угловатые, шероховатые, крючковатые и т. д., и бесчисленное множество различных видов. Будучи различными по массе, они хаотично движутся с разной скоростью (Демокрит, в отличие от Эпикура, считал, что скорость падения пропорциональна массе тела). Они сталкиваются, схожие атомы притягиваются по принципу симпатии (впрочем, при этом сохраняя определенный промежуток), а порой и цепляются крючками и образуют различные вещи и бесконечное множество миров.