一、论世界与物质运动
《论世界》一书原计划在1633年出版。伽利略被定罪后，笛卡尔放弃了它的出版。这本著作包括四个组成部分：第一部分由一至六章组成，解释笛卡尔的物质理论；第二部分由七至十二章组成，涉及到宇宙哲学；第三部分是笛卡尔有关光的理论；第四部分是生理学论文《人论》。最初被看作是一篇有关光的论文，却成为一本关于整个宇宙的书，原因在于（正如笛卡尔向梅森解释的），“所有这些物理学问题的内在联系如此紧密，相互之间存在如此多的依赖”。
运动中的物质这一观点足以解释所有自然现象。根据笛卡尔的观点，物质就是空间上的广延性。物质的所有特性仅仅在于其广延上的差别。笛卡尔认为，所有自然变化都可以通过运动中的物质的空间属性得到解释。笛卡尔用大小不同的物质微粒概念取代了传统的四元素观点。
笛卡尔在第一章指出，我们关于世界的知觉观念与导致这些认识产生的原因是不同的。既然笛卡尔的物理学所描述的世界与我们所感知的世界有很大的不同，那么，他就需要这一观点来使其物理学自圆其说。
笛卡尔以火为例进行了阐述。火通过使木料的极小微粒处于运动状态，并将它们分离成火、气、烟和灰，木料便燃烧起来。笛卡尔将这种运动的物质观念，与按照形式和特性所做的传统经院式解释进行了对比。他写到，“就让他人去想象（如果他们愿意的话）木料中火的形式、热的性质吧……我在这里只愿意把火设想成各个部分的运动”。笛卡尔用同样的方式来解释固体和液体的区别。如果它们相互间处于相对静止状态，物体的最小部分就不会发生分离，除非有一种力量作用于它们。在固体中，微粒间是相互静止的。而在液体中，它们却处于运动之中。在气体中更是如此。火是物质最活跃的形式。换言之，笛卡尔是根据各个部分的相对运动速率来解释物质的不同特性的。
在笛卡尔看来，所有事物都处于运动之中。宇宙中的运动总量是守恒的。笛卡尔认识到，这样一种守恒规律是数学力学所需要的。他的基本观点“物质就是广延性”排除了真空的可能性。为了回答“在没有空间的情况下物体如何运动”这一问题，笛卡尔举出了鱼在池中游的例子。水是不断被置换的，即使在水面上看不到任何水被置换的迹象。笛卡尔以此来证明“所有运动都是循环的”的观点。当鱼游动时，它前面的水向两旁流去，而鱼后面的水则流入它先前占据的空间。这就是水的循环运动。这是描述笛卡尔关于“宇宙万物都处于运动之中”的世界图景的一种很好的方法。
笛卡尔认为存在三种微粒。这种观点可以根据光的变化得到很好的理解。光是由火产生的，火是微粒存在的最典型形式。光通过一种精妙的媒介发生转化，这种媒介是微粒存在的第二种形式。光通过第三种也是最粗糙的微粒存在形式得到反射和折射。
二、宇宙论
为了从事实上避免为“地球围绕太阳运转”这一异端思想做辩护的嫌疑，笛卡尔构建了一个假想的宇宙，它仅仅建立在他的物理学原理基础上。稍后，他又认为，这一假想的宇宙很难与真实的宇宙相区别。
在这个宇宙中，物质等同于广延，因而整个空间充满了单一的物体，其各个组成部分以不同的速率运动。在这样一个宇宙中，微粒处于不断的冲撞之中，而它们的运动取决于三条法则。笛卡尔对运动的力量和方向做出了极其明确的区分。第一条法则阐述的是，如果不与其他物体发生冲撞，物体将保持其运动状态。第二条法则的内容是，冲撞中的物体的运动总量是守恒的。第三条法则认为，在没有外部因素作用的情况下，物体将保持直线运动（在现实中，由于某些因素的影响，物体会以循环的方式运动，如上面所举的鱼的例子）。
笛卡尔构想了一个宇宙，其中，所有物质都处在旋转运动中，就像处于数不清的旋涡或涡流当中。笛卡尔利用这一观点来解释太阳和星球的形成及其运动。在太空流体中，行星被带动着围绕太阳运转，就像流水中一叶扁舟。在这一基础上，笛卡尔试图对为什么有些行星拥有一个较快的轨道做出解释，同时也对月球环绕地球轨道运行的原因进行了解释。笛卡尔还利用相同的理论来解释潮汐运动的复杂变化。他根据天体物质围绕地球运行的循环运动，来解释这些受潮汐影响的循环。
在写作《方法谈》中涉及到他未出版的《论世界》时，笛卡尔说：起初，我仅仅试图对只有我所了解的光做出充分的解释。然后，当时机来临时，我增加了有关太阳和恒星的内容，因为几乎所有的光都源自它们。同时，我还增加了有关天空的内容，因为它们传输光；增加了有关彗星和地球的内容，因为它们反射光；特别是增加了有关地球上物体的内容，因为它们是有颜色的或透明的……最终是人，因为他是这些物体的观察者。在笛卡尔看来，光是通过第二种元素即空气来传播、由第三种微粒所组成的东西来反射和折射的。光的所有活动都可以根据运动规则得到解释。为了说明这一点，笛卡尔列出了光的12个属性，并就如何运用他的理论对其做出解释加以说明。为了解释反射，他使用网球被帆布制品表面反弹的例子来加以说明。为了解释折射，他则以球穿行水中为例来进行说明。笛卡尔阐释了这些物理活动的几何模型，其中包括折射的正弦定律。根据这一定律，他可以计算出从空气进入水中的折射系数。
在他稍后的著作《气象学》一书中，笛卡尔就使用了折射理论来解释彩虹现象。在同一本著作中，他根据第二种元素微粒的旋转速度，对颜色进行了解释。他试图解释为什么彩虹会呈现出不同的角度。
为描述关于人的生理学，笛卡尔对“陶制机器”的工序进行了描述，这种“陶制机器”看上去与人的有机组织没有什么区别。笛卡尔企图对所有生理过程——消化、心脏、血液循环和神经系统——做出解释。他认为，除了那些需要自由意志和自我意识的思想外，人的所有功能都可以根据机械原理得到解释。笛卡尔把神经系统设想成小型的管道体系，流体物质沿着这些管道运动，使肌肉的形状发生变化。笛卡尔不仅解释了呼吸、打喷嚏、咳嗽以及打哈欠的原理，而且试图解释知觉的机理，包括眼睛的晶状体以及距离知觉。
笛卡尔放弃《论世界》的写作之后，对两篇未发表的论文《屈光学》和《气象学》进行了修改。同时增加了第三篇《几何学》，来说明他的方法和发现。他增加了一篇介绍性的短文《方法谈》，并于1637年将上述四篇论文整理成书出版。也许这种形式符合笛卡尔的口味。他喜欢这科零散间歇的方式。通过这种方式，他既能展示他的方法，又不必显露这种方法对于行星运动的含义，也用不着冒遭教会迫害的危险。本来，《方法谈》是匿名出版的。
伽利略被定罪这一事件，使得笛卡尔关注的焦点从自然哲学转向形而上学。《方法谈》指出了这种方法从总体上看需要以形而上学为基础，因而他试图提供这样一种基础。然而，笛卡尔对自己的这部分工作并不满意。它是在仓促间完成的。该书的书稿已经在出版商手中，而此时笛卡尔仍在写作。由于这些原因，他开始写作他的最著名的哲学著作《沉思录》。