从1619年读了开普勒的光学著作后 ， 笛卡儿就一直关注着透镜理论；并从理论和实践两方面参与了对光的本质、反射与折射率以及磨制透镜的研究 。他把光的理论视为整个知识体系中最重要的部分 。
笛卡儿运用他的坐标几何学从事光学研究,在《屈光学》中第一次对折射定律提出了理论上的推证 。
他认为光是压力在以太中的传播 ， 他从光的发射论的观点出发 ， 用网球打在布面上的模型来计算光在两种媒质分界面上的反射、折射和全反射 ， 从而首次在假定平行于界面的速度分量不变的条件下导出折射定律；不过他的假定条件是错误的 ， 他的推证得出了光由光疏媒质进入光密媒质时速度增大的错误结论 。
他还对人眼进行光学分析 ， 解释了视力失常的原因是晶状体变形 ， 设计了矫正视力的透镜 。
在力学上 ， 笛卡儿发展了伽利略的运动相对性的思想 ， 例如在《哲学原理》一书中 ， 举出在航行中的海船上海员怀表的表轮这一类生动的例子 ， 用以说明运动与静止需要选择参照物的道理 。
笛卡儿在《哲学原理》第二章中以第一和第二自然定律的形式比较完整地第一次表述了惯性定律：只要物体开始运动 ， 就将继续以同一速度并沿着同一直线方向运动 ， 直到遇到某种外来原因造成的阻碍或偏离为止 。这里他强调了伽利略没有明确表述的惯性运动的直线性 。
在这一章中 ， 他还第一次明确地提出了运动量守恒定律：物质和运动的总量永远保持不变 。笛卡儿对碰撞和离心力等问题曾作过初步研究 ， 给后来惠更斯的成功创造了条件 。
笛卡儿把他的机械论观点应用到天体 ， 发展了宇宙演化论 ， 形成了他关于宇宙发生与构造的学说 。
他认为 ， 从发展的观点来看而不只是从已有的形态来观察 ， 对事物更易于理解 。他创立了漩涡说 。他认为太阳的周围有巨大的漩涡 ， 带动着行星不断运转 。物质的质点处于统一的漩涡之中 ， 在运动中分化出土、空气和火三种元素 ， 土形成行星 ， 火则形成太阳和恒星 。
他认为天体的运动来源于惯性和某种宇宙物质旋涡对天体的压力 ， 在各种大小不同的旋涡的中心必有某一天体 ， 以这种假说来解释天体间的相互作用 。
笛卡儿的太阳起源的以太旋涡模型第一次依靠力学而不是神学 ， 解释了天体、太阳、行星、卫星彗星等的形成过程 ， 比康德的星云说早一个世纪 ， 是17世纪中最有权威的宇宙论 。
笛卡儿的天体演化说、旋涡模型和近距作用观点 ， 正如他的整个思想体系一样 ， 一方面以丰富的物理思想和严密的科学方法为特色 ， 起着反对经院哲学、启发科学思维、推动当时自然科学前进的作用 ， 对许多自然科学家的思想产生深远的影响；而另一方面又经常停留在直观和定性阶段 ， 不是从定量的实验事实出发 ， 因而一些具体结论往往有很多缺陷 ， 成为后来牛顿物理学的主要对立面 ， 导致了广泛的争论 。
笛卡儿在其他的科学领域还有不少值得称道的创见 。他还提出了刺激反应说 ， 为生理学做出了一定的贡献 。
近代科学的始祖
笛卡儿是欧洲近代哲学的奠基人之一 ， 黑格尔称他为“现代哲学之父” 。他自成体系 ， 熔唯物主义与唯心主义于一炉 ， 在哲学史上产生了深远的影响 。

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