Физика стоиков была построена на материалистической основе7, но они мало занимались естественными науками, заимствовав фактические данные, необходимые для создания стройной картины мира, у перипатетиков, а основную концепцию – у Гераклита. Именно в начале эллинистической эпохи происходит отделение науки от философии, ранее неразделенных, и наукой стали заниматься профессионально. Философия отныне не интересуется конкретными областями естественнонаучных дисциплин, а только берет у них потребные ей сведения. Любопытно, что произошло и «географическое» разделение философии и науки: Афины остались центром философской мысли, а общепризнанным центром собственно научных исследований стала Александрия. Единственной реальной сущностью стоики признают материальное, так как только оно обладает способностью действовать и испытывать действие, материальна и душа человека. Вся жизнь основывается на взаимодействии двух принципов: бескачественной, инертной материи и пронизывающей ее творческой силы. Этот второй, активный, принцип одарен разумом. В своей основе он представляет «первичный огонь», который, трансформируясь, рождает другие элементы, начиная тем самым процесс формирования мира (diakosmesis). Существование мира понимается как развитие сложной системы причинности, имеющей своим результатом абсолютную детерминированность. Огненный принцип, первичный «творческий огонь», принимающий форму жизненного «дыхания» (pneuma) и являющийся одновременно космическим разумом (logos), тотально пронизывает всю материю во всех ее аспектах, примерно так же, как вино смешивается с водой. Этот творческий принцип у стоиков имеет различные названия (логос, семенной логос, разум, бог, Зевс, рок) в зависимости от того, в какой форме он проявляется, какой из элементов материи одушевляет, какую функцию выполняет. Но это творческое начало не может существовать отдельно от материи, а только в ней самой, пронизывая ее целиком; бескачественная инертная материя, благодаря ее слитности с творческим началом, динамична и изменчива. Тем самым, Бог у стоиков отождествляется с природой и определяется как «искусный огонь, шествующий по пути для творения мира, включающий в себя все семенные логосы, по которым все возникает в соответствии с роком» (Aetius. Dox., 305).
Космос представляет собой неразрывное единство и имеет форму шара, поскольку именно шар является самой совершенной формой. Он прекрасен, одушевлен, одарен разумом, не имеет ни начала, ни конца, но циклическую последовательность. Цепь причинностей, в конечном счете, приводит ко всеобщему пожару мира, дающему одновременно начало новому циклу. Гибель и возрождение мира стоики представляют себе как вечный круговорот, где каждый цикл абсолютно идентичен всем прочим.
Необходимо подчеркнуть, что стоический детерминизм и материализм имеют мало общего с современным научным детерминизмом и материализмом. С точки зрения стоиков, единство мира и сохранение цепи причинностей, несмотря на все те огненные катастрофы, которые он регулярно переживает, достигаются благодаря тому, что pneuma-logos являются «виталистским» элементом и соединяют отдельные части мира в пространстве и времени силой «симпатии», подобной той, которая соединяет воедино части живого организма. Точно так же материализм стоиков не был научным, а строился на тех основаниях, что и предшествующий ему греческий материализм, оставаясь великой метафизической конструкцией.
В теории познания, как и в физике, стоики исходили из материалистических положений. Они признавали истинность чувственных впечатлений, принимая в качестве критерия истины впечатления, настолько захватывающие человека, что он не в состоянии им не верить. Их интерес к теории познания в значительной мере подогревался необходимостью полемики со скептиками (Пиррон и Тимон) и Академией, которая, провозглашая верность идеям Платона, в действительности полностью перешла на позиции агностицизма (концепции Карнеада). Материалистическая теория познания имела и более глубокие корни, нежели необходимость полемики: создавая положительную систему этики, которая должна была стать руководством к действию для человека, необходимо было опираться на уверенность в существующем мире и осознании того, что он правильно воспринимается человеком.