二元論（Dualism）
在結束有關理智和天賦觀念的討論之後，有的人可能會想，笛卡爾的觀點是否對物理世界有任何解釋。當然是有的。但是在開始討論這個問題之前，我們需要去理解理智（或心靈）與人類身體的關係。笛卡爾區分了兩者，並認為兩者是獨立的實體（entities）。
在第二沉思中，當笛卡爾發現「我思故我在」的時候，他確信他是作為一個思想的東西而存在，或者是一個心靈。直到他在最後一個沉思中，他才能夠證明他的身體的存在。身體和心靈是絕對不同的東西，這對笛卡爾來說是清晰的；儘管有證據表示兩者的有著密切的聯繫，但是心靈和身體必定是不同的實體（substances）。笛卡爾將之擴展到整個宇宙中心靈和物體的關係，他主張：任何東西要麼是物理的（physical），要麼是精神的（mental）或者就是一個心靈（a mind）。這個觀點——有兩種基本的實在的東西——就是二元論。
這裡我們將需要考察一些形上學術語。按照笛卡爾，世界中的東西是實體。直覺上認為，一個實體就是一個可以自己存在的東西。例如，一小塊蠟塊可以自己存在；但是它的顏色，或者它的硬度、形狀卻都不能自己存在。笛卡爾將會把這些依附於蠟塊的性質（qualities）稱為樣式（modes）。當物體收縮、生長和變化的時候，它的樣式也是經常變化的。但是每一個實體也擁有一個特別的保持不變的性質，脫離這個本質的性質實體變不能存在/這個特別的性質就是實體的首要的屬性（principal attribute）。一個蠟塊的首要的屬性就是它的廣延性（extendedness），這個性質決定了它擁有一定的大小。如果我們將這個蠟塊的「擁有一定大小」的這個性質拿掉——那麼它就完全沒有大小可言——那麼我們就把這個蠟塊變成了「無」（nothing）。
按照笛卡爾所說，廣延性（或者一個更一般的詞，廣延-extension）是物體「首要的屬性」。還有另一個首要的屬性，思想（thought），它是心靈的首要的屬性。如果我們將心靈中「擁有某種思想」這個屬性拿掉——便沒有任何思想可言——那麼我們就把心靈變成了「無」（nothing）。心靈的樣式是一些個別的思想、情緒或者心靈的感覺，它們是經常變化的。只有兩種首要的屬性，沒有更多也沒有更少；這是描述笛卡爾二元論的另一個方式。
我們已經將特殊的身體和心靈描述為實體，因為它們似乎可以自己存在。但是更為精確的是，笛卡爾將它們看作「第二等級」（second-class）的實體。嚴格地說，只有上帝是唯一一個可以依靠自己存在的東西。特殊的身體和心靈離開上帝便不能存在：上帝每時每刻都維持它們的存在，失去這種維持，它們就會立即消亡（God sustains them in existence at each and every moment, and without that sustenance they would vanish immediately.）同時，身體和心靈要比樣式更自足（self- sufficient）；身體和心靈的存在依賴於上帝，然而樣式既依賴於上帝，而且依賴於它們所屬的身體和心靈。
笛卡爾認為，上帝是一個心靈，上帝不能是一個身體，同時它是無限的和完美的，因為身體出於它們的本性是可分的（divisible），因此是可朽的（destructible）。上帝是不可朽的（indestructible）；因此上帝沒有廣延。
身體（Bodies）
笛卡爾認為，在物理世界中沒有空的空間（empty spaces）。這是因為，空間（或廣延）是身體的屬性，並且是一個不能離開歸屬於某種實體而能自我存在的屬性。空間不是一種可以自我存在的東西，就像尺寸：事物擁有一定的大小，但是大小卻不能離開事物而獨自存在。因此一個空的空間就是一個「無」（nothing），它擁有一個特性——笛卡爾認為，這個特性就是無意義（nonsense）。
當然，「空間是空的」仿佛就像我們清空一個房間或者倒空一個瓦罐一樣。但是在某些情況下，笛卡爾說總是持續存在著某種東西，它們將房間的牆壁分開、或者將瓦罐的面分開。如果沒有東西持續存在，那麼牆壁或者面之間就沒有東西，並且如果它們之間沒有東西的話，那麼它們必定是互相接觸的。在這個問題上，我們應該謹慎處理，不要認為有東西填充了這個間隙；這個問題涉及到「空間是什麼」的問題。重申一下，空間是身體的屬性，並且它不能是有任何大小或尺寸的某種「脫離現實」的空隙（gap）。儘管如此，笛卡爾仍然清晰地認識到，有的時候事物（matter）可以是輕微的、細小的，因此不被我們的感覺所感知，因而在這種意義上，我們可能（錯誤地）認為空間是物質的完全缺乏。
但是這引發了一個問題：什麼使得事物是重的、厚的或者是輕的、薄的呢？這引發了笛卡爾物理學中一個更深入且難懂的問題。我們必須記住笛卡爾不能求助於我們對「密度」的理解，因為（沒有空的空間）一切東西都同樣密集。笛卡爾僅僅可以轉向身體的構成（constitution）：它們由之而成的部分，以及這些部分如何被組織起來。一些物體擁有像堆放的箱子一樣的部分，這使它們變得很硬。另一些物體擁有像黏滑的鰻魚一樣的部分，這使它們表象得像液體。仍然有一些物體，它們擁有像最柔軟的碎沙顆粒一樣的部分，這使它們能夠穿過最小的孔洞——這些物體表現得像氣體一樣。世界作為一個整體，可能被看作一個巨大的區域，它包含著這些精細的沙粒，偶爾有塊狀物，它們表現為各種各樣的固體或者液體。在笛卡爾運動和碰撞的法則之下，物體運動並發生偶然的碰撞，並且從這些在運動中的事物中產生出了世間的全部現象。形狀，大小和運動——這些是這個有廣延的世界的最根本的特性。
然而，我們仍然可以向笛卡爾提出疑問：如何區分這些東西的部分的形狀？如果全部的事物最終是相同種類的東西，那麼是什麼使得這些東西的部分成為像盒子一樣的東西（box-like）或者像球一樣（spherical），再或者像鰻魚一樣（eel-like）的東西呢？什麼使得物體有一定的輪廓？笛卡爾把一個物體定義為通過一個整體發生運動的東西。因此，設想有一群人，以及一個緊緊靠在一起的四口之家，這一家從前到後依次穿過這群人。當運動並穿過這個人群時，這個家庭可以從人群中區分出來，並有一個確定的家庭形態（family-type shape）。但是這將意味著，一旦一個物體停止運動，它就不能從環境中區分出來——一旦當這個家庭停下來，它就成為了周圍人群的一部分。更進一步，我們也可以問：當物體運動的時候，是什麼使它們的部分聚在一起。是物體的部分的形狀、以及這些部分相聚在一起的方式嗎？如果是這樣，那麼這就把我們帶回了一開始的問題：什麼使得這些部分有特定的形狀（What makes those parts have certain shapes.）。我們可以稱之為「物體的個體化難題」（the problem of individuating bodies）。這個難題笛卡爾並沒有給出良好的解答。
笛卡爾認為，這個難題有關於另一個問題：有多少廣延實體真實存在？他幾乎經常這樣認為，仿佛每個物體都是一個實體。但是身體僅僅通過運動才區別於另一個實體，運動是一個樣式（mode），而且一個「樣式的區分」（modal distinction）通常不足以在實體之間做出一個充分的區分。（考慮到這種情況，一個物體，比如一個蠟塊，它隨著時間得到或者喪失樣式，然而我們沒有將它視為一個不同的實體。）在《沉思集》的概要中的某處，笛卡爾認為，整個有廣延的世界是一個單一實體（a single substance），身體只是這個實體的樣式。當我們考察斯賓諾莎的形上學的時候，這個觀點將會是十分重要的。
運動（Motion）
笛卡爾提出了運動法則，這描繪了物體如何運動以及物體之間以哪種方式發生聯繫。首要的法則是慣性定律（a principle of inertia）和物質守恆律（a principle of the conservation of motion）。笛卡爾嘗試通過一些純粹理智的概念去證明這些法則：它們因此都是永恆真理，就像數學真理一樣。但是在笛卡爾哲學中，存在一個有關運動的形上學難題——在「物體的個體化難題」之後。運動是物體的一個樣式。當物體碰撞的時候，它們之間應該發生運動的傳遞。但是——眾所周知——樣式不能從一個物體轉移到另一個物體。一個樣式不能從它附著的主體上分離出任何一點，顏色也不能從一個物體上跳下來、穿過空間、落在另一個物體上。因此作為一個樣式，運動看起來不能從一個物體轉移到另一個物體。我們可以稱之為物物因果性難題（the problem of body-body causation），因為它關涉到一個物體以哪種基本的方式可以造成另一個物體的變化。
笛卡爾嘗試通過轉向這個信念來解決這個物物因果性難題，即：一切實體每時每刻都依賴於上帝，以保證它們持續的存在。如果是這樣的話，那么正如上帝可以每時每刻改造（re-create）世界一樣，他也可以以這種方式改造世界，使之看起來好像在碰撞的物體間運動是持續傳遞的。具體來說，當A和B碰撞時、A給予了B一定數量的運動，實際上發生的是上帝在此刻以這種方式改造了世界：A失去它的一些運動，同時B獲得同樣數量的運動。因此，樣式不是真實地從一個物體轉移到另一個物體，物體實際上也不會對另一個物體施加因果影響；在某些碰撞中，物體中發生的僅有的改變是上帝帶來的。因此，在物物因果性方面，笛卡爾被認為是一個偶因論者（occasionalist），我們將在之後的章節中再次回到偶因論（occasionalism）。
但是，我們不能只見樹木不見森林。儘管存在個體性難題、物物因果性難題，以及笛卡爾在運動法則中其他方面的難題，笛卡爾的物理學仍然朝著正確的方向發展。他最基本的洞見就是，在物理世界中我們僅可以發現運動的東西。物體之間的碰撞、物體與我們的碰撞，以及其它在運動上的改變都可以被我們感知，通過光線、顏色、聲音、溫度、感受、氣味以及壓力。但是作為一個運動著的世界自身，可以被數學十分精確地描繪，並且它的顏色、溫度以及世界的種種都僅僅在於感知者之中，並以某種方式作為基本的數學現象的影響而出現。這就是十七世紀科學革命的口號。
我們應該知道，在笛卡爾之後，艾克薩·牛頓將在相似的慣性定律和能量守恆定律之上推進物理學的發展。如果牛頓聲稱他「之所以看得遠，是因為我站在巨人的肩膀上」是真實的話，那麼笛卡爾就是這些巨人之一。