В античное время атомизм встретил серьезные возражения. В первую очередь они касались самой идеи о существовании у тел предела делимости. Оставалось непонятным, почему и где должна существовать грань, за которой становится невозможным дальнейшее дробление вещества. Помимо идеи об атомах критиковались (в частности Аристотелем) представления Демокрита о том, что превращения тел являются следствием изменения порядка составляющих их атомов. Эти представления опровергало простейшее наблюдение: превращение жидкого тела в твердое при замерзании. Такое превращение происходило «само по себе», без какого-либо перемешивания, а значит, как полагали древние философы, не затрагивало внутреннего порядка атомов.

Наибольшие же возражения получили воззрения Демокрита о неизменности свойств атомов после их соединения друг с другом с образованием нового вещества. Такое представление не позволяло объяснить качественный скачок при формировании новых веществ, т.е. образование из бескачественных атомов  и пустого пространства качественно оформленных (обладающих вкусом, цветом и запахом) сложных тел. Положении Демокрита о том, что вкус, запах, цвет, тепло, холод и т.п. существуют только во мнении, плохо соответствовало наблюдению и делало всю атомистическую концепцию очень умозрительной.

Демокрит