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知识的下一次进步见于早期史学家的著作中。最早的或许是赫克特斯（Hecateus，公元前540－475年）。后来又有希罗多德（Herodotus，公元前484…425年），他游历极广。在他的著作中有不少有关人民和国家的宝贵记载。他具有值得钦佩的求知欲，这从他对于尼罗河定期泛滥的原因的探究和思考中，可以看出。在修昔的底斯（Thucydides，公元前460－400年）的身上，可以看到一种更精确的批判精神。他本着一个科学的历史学家的精神，批判了希腊历史的神话时期，以目击者身份描写了伯罗奔尼撒战争，并且记载了雅典的大疫和公元前431年的日食。
原子论的影响还可以在一部分反对者的怀疑中看出来。反对者象原子论者一样，怀疑感官是否能够向我们提供外部世界的信息。但是，他们提出了相反的结论。原子论者认为实在在于物质，而不在于心灵；反对的学派认为感官传达的关于实在的信息虽然是可疑的，但是感觉的确存在，因此，感觉才是唯一的实在。后来一个时代，也出现过从机械论到现象论两种对立的哲学。
在苏格拉底身上，出现了这种反动的富于批判精神的典型。他以查问者的姿态，对诡辩家、政治家和哲学家，无不加以诘难，一遇到无知、愚蠢和自命不凡，就加以揭发。他主张心灵至高无上，因为心灵能领悟真正的“形式”或理想，感官对象只不过是有接近这种“形式”的倾向而已。道德的完美是一种理想；平等是一种理想。但是，两块石头也只能是接近于相等，因为相等是一个极限。苏格拉底认为心灵是唯一值得研究的对象，并且认为真正的自我不是肉体，而是灵魂和内心生活。这样，由于他的影响，人们的注意力就往往离开了对自然界的考察。事实上，从某种观点来看，苏格拉底领导了一次反对爱奥尼亚自然哲学家的唯物主义态度的宗教反动，虽然群众的叫嚣给他加上了无神论者的罪名。柏拉图为什么反对机械决定论，可以在《斐多篇》（Phaedo）描写的著名场面中得到解释。那里叙述了苏格拉底在狱中等待饮毒时刻到来的情景。据柏拉图说，苏格拉底告诉他的朋友们说，在阿那克萨哥拉看来，他的筋骨的本性可能就是他坐在那里的原因。但是，真正的原因是：
由于雅典人觉得给我定罪比较好，所以我也觉得坐在这里比较好，留下来接受他们所定的惩罚比较好，因为我可以发誓，要是当初我不认为接受这个城市给我的任何判决比起溜之大吉来是一个更正当、更体面的办法的话，我的筋骨早就按照有人所说的最上策办法，到了米加腊（Megara）或波奥提亚（Boeotia）了。
苏格拉底在这里表现了一种对不成熟的机械论哲学的自然反感，或许在某种程度上还表现了对于科学态度的误解和敌视。可以肯定，他使得哲学界不再去研究过去和现在，而去考虑未来——所以要创造世界的目的所在。不过，据亚里斯多德说，有两种科学成就完全可以归功于苏格拉底——一些普遍的定义和归纳推理。
他的学生柏拉图（公元前428－348年）是唯心主义的最伟大的代表。在他的身上，怀疑论和神秘主义结合在一起。柏拉图对于自然的看法是从人类需要和意向中先验地推导出来的。神是好的，球是最完美的形式，因此，宇宙必然是球体的。本原物质和延展的空间是同一的；四种元素并不是自然界的字母表上的字母，甚至不是自然界的单词的音节。为了标志时间，才有在圆圈中运行的天体，天体所以作圆运动是上帝使然。柏拉图显然受到了毕达哥拉斯学派关于形式和数的神秘主义理论的影响。他在把这个理论运用到天文学上去的时候，不及毕达哥拉斯派具有现代精神，但是他认为星星是自由地在空间中浮动的，靠它们的神性的灵魂而运动。把柏拉图的一些圆圈联合起来，就可以得到太阳绕地球运转的视轨道。这个天文学学说后来由希帕克和托勒密加以详细发挥。不过，据说柏拉图到了晚年又认识到，如果假定地球是运动的，就可以更简单地说明天文现象。
柏拉图的物理学和生物学带有拟人观的色彩，甚至带有伦理的色彩。爱奥尼亚派认为宇宙是进化而来的，柏拉图却以为宇宙是创造而来的。他的宇宙是一个有形体，有灵魂、有理性的活着的有机体。在《蒂迈欧篇》（Timaeus）中，他根据宇宙和人，即大宇宙和小宇宙的异想天开的类比，从这个学说中，推演出一种关于宇宙的性质和结构的见解来，甚至推演出一种关于人体生理的见解来。大宇宙和小宇宙相似的说法也为阿尔克莽所持有，一直流行到中世纪末。
建立在这种思想基础上的柏拉图的科学，大半是荒唐的。他严厉地非难实验是渎神的，是下流的机械技术。另一方面，他却对数学这种演绎科学，给予高度评价。柏拉图亲自阐明了负数的观念，把线看做是从一点“流出”的——这就是牛顿和莱布尼茨（Leibniz）所发明的“流数法”的萌芽。在数学方面，他把或许是由观察而得、但却由理性加以净化的心理概念，拿来加以逻辑的分析，并展开其推论。这的确是一件值得哲学家去做的既有无限乐趣又十分辛苦的工作。
这些见解引导柏拉图把“理式”说加以发展。这种理论认为，只有“理式”或理念才具有充分的存在和实在，个别的东西是没有充分的存在和实在的。这个学说后来又被应用到分类问题上去。在自然界中，我们看到有无数集团多多少少是类似的；比方说，一方面有各种三角形，另一方面有动植物的“种”。希腊人和中古时代的人从来没有把问题的这两个方面区别开来，也从来没有认识到，要给自然界的种种活的对象分类，有种种困难。他们认为“类”是互相截然分开的，象用来给它们命名的词一样，因此，他们就着手去先验地研究组成类的各个个体的类似点。
为了解释这种类似性，柏拉图以为有一个原型，各个个体都同这个原型有几分符合或接近。柏拉图发现，当心灵开始制订定义并且用适用于任何具体情况的一般性术语来就这些定义进行推论的时候，定义和推理都是同这些假设的类型联系着的。自然界的一切对象都处在经常变化的状态；只有类型是实在的，和保持一成不变的。由此，柏拉图就形成了他特有的那种唯心主义，后世称之为唯实论。这个学说认为，这些理念具有实在的存在，事实上是唯一的实在。个体，不论是死的物质也好，活的东西也好，都只不过是影子。在心灵把握住它们的本质，从而发现类或共相以前，它们之中是没有实在的。只有理念或共相才是理性分析的真正的和适合的主题。
雅典学园的柏拉图的学校一直维持了九个世纪之久——直到公元529年，罗马查士丁尼大帝（Emperor Justinian）才把它封闭了。
亚里斯多德
亚里斯多德于公元前384年生于卡尔息底斯（Chalcidice）的斯塔吉拉（Stagira），公元前322年死于欧比亚（Eubcea）。他是马其顿的国王腓力浦待医的儿子，自己也做过亚历山大大帝的师傅。他师事柏拉图，学习多年之后，自己创立一个新的哲学学派，后世称为逍遥学派（the Peripatetic）。因为当时，先生和学生习惯于在雅典吕克昂（Lyceum）的花园里散步。
亚里斯多德是古代知识的集大成者。在现代欧洲的学术上的文艺复兴以前，虽然也有一些人在促进我们对自然界的特殊部分的认识方面取得可观的成绩，但是，在他死后的数百年间从来没有一个人象他那样对知识有过那样系统的考察和全面的把握，所以，他在科学史上占有很高的地位。中世纪早期知识界的任务之一就是从一些不完善不完备的撮要中尽量吸收他的研究成果；在西方出版亚里斯多德著作全集以后，中古时代后期的著作家们就尽其全力去重新发现他的原意。亚里斯多德的著作是古代世界学术的百科全书，而除物理学和天文学外，他在他所接触到的各种学术方面，大概也真正有所改进。此外，他还是归纳法的创立人之一，还是主张进行有组织的研究的第一人。不过，他所以享有盛名的原因，仍在于他在科学方面和�