对人类生息繁衍于其中的自然界的探讨，是先秦诸子百家学术争鸣和学术繁荣局面中的一个重要侧面。在这个方面，墨家独树一帜，建立了自己的自然观和宇宙论，并力图从理性认识的高度来进行总结，提出了许多具有科学价值的见解。这里仅介绍《墨经》中所反映的墨家认识论和时空观。
墨家首先反对老子提出的“有生于无”的思想，明确提出世上万物都始于“有”的主张。这个“有”是客观存在，独立于人的意识之外的。物体的性质是依附于物体的客体而存在的，离开了客体，物体的性质也就不复存在。如“坚白”是石的性质，不能离开石而存在。而且，坚与白是同时存在，不能分离的，石不会只坚不白，也不会只白不坚。人抚石之时，感知其坚，但白并不是不存在；当人视石之时，感知其白，坚亦不是不存在。人对坚白的感觉，是石的性质的反映。由此，墨家建立了认识论中的反映论，即人的认识是客观事物的反映。
那么，人是如何认识客观事物的呢？墨家认为人之所以为人，是由于人具有认识能力，能够求取知识。人的生命力在于形体与知识的统一，求取知识是人的本能。在墨家看来，离开了知识的单纯形体，是没有生命的东西，不过是行尸走肉而已。墨家总结了三条认知的基本途径，即闻知、说知和亲知。闻知又分为传闻和亲闻，但不管是传闻或亲闻都不应当是简单地接受，而必须消化并融会贯通，使之成为自己的知识。说知，则包含有推论、考察的意思，指由推论而得到的知识。亲知，则指由五官亲历而得到的知识。而亲知亦不能只停留在表面的感知，还要求把得到的知识进行综合、整理、分析和推论，方能求取真知。由此可见，墨家关于人的知识来源的认识是相当全面和深刻的。
在时空观方面，墨家也有独到的认识。墨家认为时间是包括古今早晚的一切时间，空间是包括东西南北中的一切空间，它们都是连续的、无限的。而这连续、无限的时空又是由小得不能再分的时间元“始”、空间元“端”所组成。由此便构成了时空既是连续的，又是由不可再分的最小单元组成的，无限中包括着有限，连续中包含着不连续。墨家的这一时空观是极其深刻和高明的，与现代科学的时空观基本一致。