漢代是陰陽學說的鼎盛時期。在這一時期，元氣陰陽學說得以產生和發展，陰陽學說幾乎滲透到哲學、自然科學、社會政治理論等每一類學科之中，許多學者利用陰陽理論來解釋各種自然現象和有關宇宙的一些重大問題，對我國古代哲學和科學技術的發展產生了深遠的影響。
《淮南子·天文訓》即用陰陽二氣的理論說明宇宙的形成和萬物的生成，指出：「天地未形，馮馮翼翼，洞洞灟灟，故曰太昭。道始於虛霩，虛霩生宇宙，宇宙生氣，氣有涯垠。清陽者薄靡而為天，重濁者凝滯而為地。清陽之合專易，重濁之凝竭難，故天先成而地後定。」「陰陽之專精為四時，四時之散精為萬物。積陽之熱氣生火，火氣之精者為日；積陰之寒氣為水，水氣之精者為月。」認為陰陽二氣有一定的空間大小，有不同的重量，各有特殊的性質，因此形成千差萬別的事物。而且各類物體的生滅，都是陰陽二氣相互作用的結果，所謂「天地以設，分而為陰陽，陽生於陰，陰生於陽，陰陽相錯，四維乃通，或死或生，萬物乃成」（《淮南子·天文訓》）。
董仲舒以陰陽五行為理論框架，構建了一套天人感應的宗教神學體系。他認為「天地之氣，合而為一，分為陰陽，判為四時，列為五行」（《春秋繁露·五行相生》）。而天人陰陽之氣可以同類感召，「故陽益陽而陰益陰，陰陽之氣可以類相益損也……天地之陰氣起而人之陰氣應之而起，人之陰氣起而天之陰氣亦應之而起，其道一也」（《同類相動》）。董仲舒並繼承《月令》《黃帝四經》等思想，賦予陰陽以善惡、仁戾等道德屬性。在陰陽矛盾中，他認為陽處於主導地位，陰處於從屬地位，「陽尊陰卑」是不易之理。將陰陽理論納入儒學政治體系，使其政治化、倫理化，無疑是陰陽辯證思想的倒退。
另外，孟喜、京房所創立的卦氣說，將八卦和六十四卦看成是世界的模式，認為《周易》既是自然界又是人類社會的縮影，陰陽二氣的運行和五行之氣的生克作為世界變易的基本法則，即表現在八卦和六十四卦及三百八十四爻之中。卦氣說以六十四卦配四時、十二月、二十四節氣、七十二候，以陰陽奇偶之數解釋陰陽二氣，以卦象中奇偶之數的變化解釋陰陽二氣消長的過程，以陰陽二氣的消長解釋時令季節的變化。
《易緯》也將陰陽奇偶之數與陰陽二氣的變化緊密結合在一起，使筮法中奇偶之數上升為表達氣一類的變化的範疇，認為數的變化不僅可以說明節氣的變化，而且可以說明世界從無到有的變化。上述認識不僅為易學的象數之學提供了理論基礎，而且使西漢以來的自然哲學更加系統化。