對人類生息繁衍於其中的自然界的探討，是先秦諸子百家學術爭鳴和學術繁榮局面中的一個重要側面。在這個方面，墨家獨樹一幟，建立了自己的自然觀和宇宙論，并力圖從理性認識的高度來進行總結，提出了許多具有科學價值的見解。這裡僅介紹《墨經》中所反映的墨家認識論和時空觀。
墨家首先反對老子提出的「有生於無」的思想，明確提出世上萬物都始於「有」的主張。這個「有」是客觀存在，獨立於人的意識之外的。物體的性質是依附於物體的客體而存在的，離開了客體，物體的性質也就不復存在。如「堅白」是石的性質，不能離開石而存在。而且，堅與白是同時存在，不能分離的，石不會只堅不白，也不會只白不堅。人撫石之時，感知其堅，但白並不是不存在；當人視石之時，感知其白，堅亦不是不存在。人對堅白的感覺，是石的性質的反映。由此，墨家建立了認識論中的反映論，即人的認識是客觀事物的反映。
那麼，人是如何認識客觀事物的呢？墨家認為人之所以為人，是由於人具有認識能力，能夠求取知識。人的生命力在於形體與知識的統一，求取知識是人的本能。在墨家看來，離開了知識的單純形體，是沒有生命的東西，不過是行屍走肉而已。墨家總結了三條認知的基本途徑，即聞知、說知和親知。聞知又分為傳聞和親聞，但不管是傳聞或親聞都不應當是簡單地接受，而必須消化並融會貫通，使之成為自己的知識。說知，則包含有推論、考察的意思，指由推論而得到的知識。親知，則指由五官親歷而得到的知識。而親知亦不能只停留在表面的感知，還要求把得到的知識進行綜合、整理、分析和推論，方能求取真知。由此可見，墨家關於人的知識來源的認識是相當全面和深刻的。
在時空觀方面，墨家也有獨到的認識。墨家認為時間是包括古今早晚的一切時間，空間是包括東西南北中的一切空間，它們都是連續的、無限的。而這連續、無限的時空又是由小得不能再分的時間元「始」、空間元「端」所組成。由此便構成了時空既是連續的，又是由不可再分的最小單元組成的，無限中包括著有限，連續中包含著不連續。墨家的這一時空觀是極其深刻和高明的，與現代科學的時空觀基本一致。