墨子的學說中，他的認識論是比較光輝的一部分，具有唯物主義的觀點。他所提出的認識客觀事物的方法和檢查認識可靠性的標準就是有名的「三表」或「三法」。「表」和「法」都是標誌、標準的意思。「三表」就是判斷認識正確與否的三個標準。在《非命上》中說：
言必有三表。何謂三表？子墨子言曰：有本之者，有原之者，有用之者。於何本之？上本之於古者聖王之事。於何原之？下原察百姓耳目之實。於何用之？廢(發)以為刑政，觀其中國家百姓人民之利。
在《非命中》和《非命下》中，也有類似的記述，這裡只就《非命上》的「三表」加以闡述。至於「三法」也即上篇中的三表，就不再重述了。
墨子的第一表認為，要判斷事情的真假是非，不能只憑主觀的印象，而要有歷史的根據、前人的經驗。這就是他所謂「上本之於古者聖王之事」。墨子和孔子在當時都是博學的人，今天我們所讀到的《墨子》中，有許多地方引用了《尚書》、《詩經》，也引用了當時周、鄭、燕、齊等國的歷史——《春秋》。墨子並不是故意掉書袋，自炫博學，而是為了說明他的論證有根據，他要在前人的經驗、歷史的記載中尋找間接的經驗。間接的經驗在認識過程中是必不可少的，這是人類認識的特點之一，是其他動物所沒有的。
墨子和他的論敵展開辯論時，經常使用這一武器。墨子在駁斥命定論的主張時，就曾舉出古代的一些例子作為證據。他說：
古者桀之所亂，湯受而治之。紂之所亂，武王受而治之。此世未易，民未渝，在於桀、紂，則天下亂，在於湯、武，則天下治，豈可謂有命哉？(《非命上》)
墨子更進一步追問那些相信有命的人說：「先王之憲亦嘗曰：福不可請，而禍不可諱(違)。敬無益、暴無傷者乎？……先王之刑亦嘗有曰：福不可請，禍不可諱。敬無益、暴無傷者乎？……先王之誓亦嘗有曰：福不可請，禍不可諱。敬無益、暴無傷者乎？」(《非命上》)墨子的非命學說給當時的命定論者以有力的打擊。
墨子的第二表認為判斷事情的真偽是非，要根據「百姓耳目之實」，就是說要用廣大人民親身的經驗作為標準，不能只憑主觀想像。他在反對命定論者的辯論中也曾使用過這一武器。他反問那些相信有命的人說：
我所以知命之有與亡(「亡」即「無」)者，以眾人耳目之情知有與亡。有聞之，有見之，謂之有。莫之聞，莫之見，謂之亡。(《非命中》)
墨子又說，可是事實上，自古及今，「亦嘗見命之物，聞命之聲者乎？則未嘗有也」(《非命中》)。耳目感官經驗是知識的直接來源，通過直接經驗可以得到正確的知識，這是一般認識的途徑。我們必須肯定，墨子提出了這一點，是對的。但是認識的對象不儘是感官所能直接接觸得到的，比如墨子在上面所舉的「命」，根本就是一個抽象名詞，即使有，也是看不見、摸不著的東西。墨子攻擊別人時，常說人家「不知類」，對於這一問題，墨子自己也犯了「不知類」的毛病。如果有人用墨子的方法駁斥墨子，問他，請他把「義」的形狀、聲音拿出來讓大家看看，墨子一定也拿不出來。這是墨子思想不夠縝密的地方。
第一表和第二表的重要性已如上述，但墨子的認識論還不是嚴格的合乎科學標準的認識論。墨子的認識論的主要缺點，在於他不能分別感性認識和理性認識在本質上既有區別而又有聯繫的辯證的關係。墨子的認識論更多地停留在僅靠感覺經驗(有的是古人的——第一表，有的是當前的——第二表)這方面，而忽略了理性認識的重要性。這裡，主要的是他不認識實踐在認識過程中的作用。因而，墨子知道只憑主觀印象容易出錯誤(這是對的)，但他把過去的以及現在的某些根本無法通過實踐來證實的所謂「經驗」，又常常當作衡量事情真假的標準，這顯然是不對的。
墨子所提出的第一表、第二表是唯物主義認識論起腳的第一步，認識必須通過感覺，通過直接經驗和間接經驗。但是僅僅停留在這一步是不夠的，感性認識不上升到理性認識，就不能使人認識到事物的本質，就形不成科學的認識。
關於第三表，墨子認為判斷事情的真假是非，要根據「發以為刑政，觀其中國家百姓人民之利」。這是墨子的認識論的最主要、也是最根本的思想方法。墨子反對戰爭，反對世襲貴族奢侈浪費的生活，甚至最為人詬病的《天志》、《明鬼》、《尚同》各篇言論，也都是從這一標準，即以它合不合「國家百姓人民之利」為出發點的。墨子思想中許多豐富的、帶有人民性的進步因素，都是在這一標準指導下發展出來的。
當然第三表也有缺點，墨子經常把國家的利益和人民的利益看得沒有矛盾，實際上王公大人和百姓的要求和利益有很大的差異，二者既有共同性，也有矛盾性，因此他所提出的「國家百姓人民之利」就失去了標準。因而往往產生了墨子的主觀願望和客觀事實相矛盾的結果。
總之，墨子的思想方法，和判斷真理的標準(「三表」)的根本精神是唯物主義的。墨子認為判斷事物的總的精神和方法，是反對主觀，相信客觀。他的「三表」都是為了防止認識上的片面性和主觀性而提出的。「三表」也都是根據經驗(第一表，第二表)，根據客觀效果(第三表)才做出判斷。缺點是他沒有把唯物主義貫徹到底。
應當指出，墨子不明白認識和實踐的辯證的統一的關係(上文已作過分析)，但也不是完全不認識實踐的重要性。墨子在某些問題上也還是相當重視客觀實踐的效果的。他曾在《耕柱》篇中說：
言足以復行者，常(尚)之；不足以舉行者，勿常(尚)。
又說：
言足以遷行者，常之，不足以遷行者，勿常。
今瞽〔gu古〕曰：鉅者白也，黔者黑也。雖明目者無以易之。兼白黑，使瞽取焉，不能知也。故我曰：瞽不知白黑者，非以其名也，以其取也。(《貴義》篇)
這裡墨子的意思是說，議論經得起實踐考驗的，才重視它；經不起實踐考驗的，就不重視它。現在如果有一個瞎子說：「鉅是白色，黔是黑色」，即使明眼的人也無法說他不對。可是把白色、黑色混在一起，叫瞎子選擇，他就不能辨別了。所以說瞎子不認識黑白，不是憑他們口說，而是看他們的選擇。從以上這些話來看，墨子並不是完全不知道實踐在認識中的作用的，並且也承認實踐是辨別真假的客觀標準。這都是他的認識論中的唯物主義因素。但是遇到另外一些問題，比如關於宗教方面的，關於古代傳說方面的許多鬼神迷信的記載，他就放棄了以實踐檢查真理這一科學原則。
墨子和他的弟子們，既然出身於具有豐富生產知識的勞動者階層，而且他們還會製造守城的器械，足證他們具有一定的科學知識，在他們科學實踐的基礎上，會產生自發的唯物主義傾向的認識論，這是完全可以理解的。事實告訴我們，有許多科學家，儘管在他們所研究的某些小範圍內，是自發的唯物論者，但是在更廣大的知識領域內，特別是對於社會、對於文化、對於歷史的發展這些性質複雜、變化繁多的現象面前，他們很容易變成唯心主義者。墨子的社會歷史的觀點也是唯心主義的，而在認識論方面有唯物主義的因素，這一矛盾不但不值得驚詫，倒是可以理解的。
此外，墨子在思想方法上提出了推理的重要性：
彭輕生子曰：往者可知，來者不可知。子墨子曰：籍設而(爾)親在百里之外，則遇難焉。期以一日也，及之則生，不及則死。今有固車良馬於此，又有奴(駑)馬四隅之輪於此，使子擇焉，子將何乘？對曰：乘良馬固車，可以速至。子墨子曰：焉在不知來(怎麼說未來的事無法知道)？(《魯問》篇)
墨子也最早提出具有科學意義的「類」的概念。指出邏輯上的「界說」(定義)的重要性。墨子經常用揭露論敵分類觀念混淆的方法來駁倒對方。例如公輸般只知道不可無故殺一個人，可是卻替楚國造雲梯攻宋國，準備殺害很多的人。墨子在《公輸》篇中就曾指斥他「義不殺少而殺眾，不可謂知類」，把公輸般駁得沒有話講。墨子對於「界說」的認識也是相當明確的。下面有這樣一個有名的辯論：
子墨子問於儒者曰：何故為樂？曰：樂以為樂也。子墨子曰：子未我應也。今我問曰：何故為室？曰：冬避寒焉，夏避暑焉，室以為男女之別也。則子告我為室之故矣。今我問曰：何故為樂？曰：樂以為樂也，是猶曰：何故為室？曰：室以為室也。(《公孟》)
通過以上這一論辯，我們可以清楚地看出墨子思想方法邏輯的嚴密性。在墨子思想方法的邏輯性的嚴密的基礎上，後期墨家又進一步做出了極有價值的貢獻。