Στην Ιωνία του 6ου αιώνα π.Χ. συνδυάστηκαν για πρώτη φορά οι οικονομικές, κοινωνικές και πολιτικές εκείνες συνθήκες που επέτρεψαν τη γέννηση της φιλοσοφίας. Μητρόπολη πολυάριθμων αποικιών η Μίλητος, δέχτηκε ποικίλα και πρωτοφανή ερεθίσματα, που οδήγησαν σε μία νέα θεώρηση του κόσμου και των προβλημάτων που σχετίζονται με αυτόν. Πολίτες της Μιλήτου ήταν και οι τρεις πρώτοι φιλόσοφοι, οι επονομαζόμενοι φυσικοί, ακριβώς γιατί το αντικείμενο της φιλοσοφίας τους ήταν ο φυσικός κόσμος. Ο Θαλής (624-547 π.Χ.), ο Αναξίμανδρος (610-546 π.Χ.) και ο Αναξιμένης (585-525 π.Χ.) αρνήθηκαν κατηγορηματικά τη μυθολογική και θρησκευτική ερμηνεία του κόσμου και επιχείρησαν να εξηγήσουν την προέλευσή του με υλιστικό τρόπο, με βάση δηλαδή μία πρωταρχική ουσία, η κίνηση και οι μεταβολές της οποίας δημιουργούν όλα τα αντικείμενα και τα φαινόμενα. Αν και στο οντολογικό ερώτημα της φιλοσοφίας οι τρεις αυτοί στοχαστές απαντούν με υλιστικά κριτήρια, δεν έθεσαν καθόλου το γνωσιολογικό ερώτημα, εφόσον θεωρούσαν αυτονόητη και αναμφισβήτητη τη δυνατότητα γνώσης του κόσμου. Όλοι τους ασχολήθηκαν συστηματικά με επί μέρους επιστήμες, όπως τα μαθηματικά και την αστρονομία, και έθεσαν τις βάσεις των ελληνικών θετικών επιστημών. Δε σώζεται τίποτα από το φιλοσοφικό τους έργο και ό,τι γνωρίζουμε γι' αυτό προέρχεται μόνο από αναφορές και κριτικές μεταγενέστερων φιλοσόφων.

Ο Θαλής φαίνεται πως είχε εξοικειωθεί με τα επιτεύγματα των Αιγυπτίων και των Χαλδαίων, αλλά η φιλοσοφία του δεν αποσπάστηκε ποτέ εντελώς από τα πρακτικά προβλήματα της εποχής του. Θεωρούσε ως πρωταρχικό στοιχείο το νερό, στο οποίο επιπλέει ο κόσμος. Ως προς αυτό ακολουθεί μία παράδοση διατυπωμένη ήδη με μυθολογικό κέλυφος στον Όμηρο. Αν πιστέψουμε τις πληροφορίες που μας δίνει για το Θαλή ένας ποιητής του 5ου αιώνα π.Χ., ίσως ήταν ο πρώτος που υποστήριξε την αθανασία της ψυχής, γεγονός που πρέπει να σχετίζεται με την παραμονή του στην Αίγυπτο. Αν και ελάχιστα πράγματα είναι δυνατόν να θεωρηθούν αληθινά από όσα αναφέρονται στο Θαλή, του αποδίδονται πολλές ειδικές ανακαλύψεις, όπως τα ηλιοστάσια και οι κύκλοι τους, οι πέντε ουράνιες ζώνες, η προέλευση του φωτός της σελήνης, ο κύκλος των πλημμυρών του Νείλου και άλλες.

Ο Αναξίμανδρος θεωρήθηκε μαθητής του Θαλή και φαίνεται πως ταξίδεψε πολύ στη διάρκεια της ζωής του, καθώς και ότι πρωτοστάτησε στην ίδρυση της μηλισιακής αποικίας της Απολλωνίας στον Εύξεινο Πόντο. Ως αρχή των πάντων θεώρησε το άπειρον που συνήθως ερμηνεύεται όχι ως υλικό μίγμα των πάντων αλλά ως ανεξάντλητη αρχική αιτία. Λέγεται ότι στα επιστημονικά του επιτεύγματα συμπεριλαμβανόταν ο πρώτος χάρτης και η σύλληψη του σφαιρικού μοντέλου για τους ουρανούς, στο οποίο η γη με τη μορφή κυλίνδρου κατείχε την κεντρική θέση. Καλλιέργησε την ορθολογική παρατηρητική σκέψη και, ανεξάρτητα από τα πραγματολογικά λάθη, βοήθησε στην ανάπτυξη των μαθηματικών και της αστρονομίας. Τον ίδιο δρόμο ακολούθησε και ο Πυθαγόρας. Από την άλλη οι δοξασίες του για την πύρινη φύση των άστρων και την επαλληλότητα των κόσμων προανήγγειλαν την κοσμική θεότητα του Ξενοφάνη.

Ο Αναξιμένης, μαθητής του Αναξίμανδρου, θεωρούσε ως αρχή του κόσμου τον αέρα. Η εναλλαγή των φυσικών μορφών και καταστάσεων οφειλόταν, σύμφωνα με τη θεωρία του, στη θέρμανση ή ψύξη και στη συμπύκνωση ή αραίωση του αέρα. Στο κοσμολογικό του σχήμα η γη ήταν επίπεδη και ρηχή, ενώ το στερέωμα ήταν ένα είδος διάφανης μεμβράνης, στο οποίο βρίσκονταν καρφωμένα τα άστρα.

Τις υλιστικές αρχές αυτής της φυσικής φιλοσοφίας υπερασπίστηκε, ανάπτυξε και εμπλούτισε με στοιχεία διαλεκτικής ένας άλλος ίωνας φιλόσοφος, ο Hράκλειτος.