在數學方面，他成功地將當時完全分開的代數和幾何學聯繫到了一起，創立了解析幾何。在他的著作《幾何》中，笛卡爾向世人證明，幾何問題可以歸結成代數問題，也可以通過代數轉換來發現、證明幾何性質。正是因為他的傑出貢獻，後世的人們稱呼笛卡爾為「解析幾何之父」。他在數學上的成就為後人在微積分上的工作提供了堅實的基礎，而後者又是現代數學的重要基石。
在物理學方面，笛卡爾在《屈光學》中首次對摺射定律提出了理論論證。他還解釋了人的視力失常的原因，並設計了矯正視力的透鏡。力學上笛卡爾則發展了伽利略運動相對性的理論，強調了慣性運動的直線性。笛卡爾發現了動量守恆原理。他還發展了宇宙演化論、漩渦說等理論學說，雖然具體理論有許多缺陷，但依然對以後的自然科學家產生了影響。但所有這些成就，都無法掩蓋他在哲學星空的耀眼光輝。
作為哲學家的笛卡爾，是公認的現代西方哲學的奠基人。哲學上，笛卡爾是一個二元論者以及理性主義者。他認為，人類應該而且可以使用數學的方法——也就是理性——來進行哲學思考。
他相信，理性比感官的感受更可靠。由此，笛卡爾第一步就主張對每一件事情都進行懷疑，而不能信任我們的感官。從這裡他悟出一個道理：他必須承認的一件事就是他自己在懷疑。而當人在懷疑時，他必定在思考，由此他推出了著名的基本公式——「我思故我在」。這個命題的主要意思是，當我在懷疑一切時，卻不能懷疑那個正在懷疑著的「我」是存在的這一事實。
因為這個「懷疑」本身是一種思想活動，而這個正在思想著、懷疑著的「我」的本質也是一種思想活動。這裡的「我」並非指的是身心結合的我，而是指獨立存在的心靈。這種我是更為根本的。