И орфики, и пифагорейцы пытались исправить и очистить традиционные верования греков, заменив их более утонченной, духовно наполненной формой религии. Совсем иной взгляд на мир, во многом уже приближающийся к стихийному материализму, в это же самое время (VI в. до н.э.) развивали и отстаивали представители так называемой ионийской натурфилософии: Фалес, Анаксимандр и Анаксимен. Все трое были уроженцами Милета — самого большого и экономически развитого из греческих полисов Малой Азии. Впервые в истории человечества милетские мыслители попытались представить всю окружающую их вселенную в виде гармонически устроенной, саморазвивающейся и саморегулирующейся системы. Этот космос, как склонны были считать ионийские философы, не создан никем из богов и никем из людей и в принципе должен существовать вечно. Управляющие им законы вполне доступны человеческому пониманию. В них нет ничего мистического, непостижимого. Таким образом, был сделан решающий шаг на пути от религиозно-мифологического восприятия существующего миропорядка к его постижению средствами человеческого разума. Первые философы неизбежно должны были столкнуться с вопросом о том, что следует считать первоосновой, первопричиной всех существующих вещей. Фалес (самый старший из милетских натурфилософов) и Анаксимен полагали, что первичной субстанцией, из которой все возникает и в которую в конце концов все превращается, должна быть одна из четырех основных стихий. Фалес при этом отдавал предпочтение воде, а Анаксимен — воздуху. Однако дальше всех прочих по пути абстрактно-теоретического осмысления природных явлений продвинулся Анаксимандр, безусловно самый глубокий из древнейших греческих философов. Первопричиной и основой всего сущего он объявил так называемый «апейрон» — вечную и бесконечную субстанцию, качественно не сводимую ни к одной из четырех стихий и вместе с тем пребывающую в непрерывном движении, в процессе которого из апейрона выделяются противоположные начала: теплое и холодное, сухое и влажное и т.п. Вступая во взаимодействие, эти пары противоположностей порождают все доступные наблюдению явления природы, как живой, так и мертвой. Нарисованная Анаксимандром картина мира была совершенно новой и необычной для той эпохи, когда она возникла. Она заключала в себе ряд ярко выраженных элементов материалистического и диалектического характера, в том числе представление о всеобъемлющей, постоянно меняющей свою форму первичной субстанции, довольно близкое современным представлениям о материи, мысль о борьбе противоположностей и их переходе друг в друга как главном источнике всего многообразия мировых процессов.
Греческие натурфилософы хорошо понимали, что наиболее надежной основой всякого знания служит именно опыт, эмпирические изыскания и наблюдения. По существу, они были не только первыми философами, но и первыми учеными, основоположниками греческой и всей европейской науки. Старшего из них, Фалеса, уже древние называли «первым математиком», «первым астрономом», «первым физиком». Действительно, используя сделанные ранее открытия вавилонских астрономов, Фалес предсказал солнечное затмение 585 г. до н.э., он же впервые доказал несколько основополагающих геометрических теорем, без которых дальнейшее развитие этого раздела математики было бы невозможно, ввел в употребление циркуль и угломер. Анаксимандру приписывалось в древности составление первой географической карты, изображавшей всю известную ему поверхность земли, которую он представлял себе в виде цилиндра, свободно висящего в воздухе, а также создание «небесной сферы», демонстрировавшей движение светил по небосводу и их расположение относительно земли и друг друга.
В VII-VI вв. греческие зодчие впервые после длительного перерыва начали возводить из камня, известняка или мрамора монументальные здания храмов. В VI в. выработался единый общегреческий тип храма в форме прямоугольной, вытянутой в длину постройки, со всех сторон обнесенной колоннадой, иногда одинарной (периптер), иногда двойной (диптер). Тогда же определились основные конструктивные и художественные особенности двух главных архитектурных ордеров: дорического, особенно широко распространившегося на Пелопоннесе и в городах Великой Греции (Южная Италия и Сицилия), и ионического, пользовавшегося особой популярностью в греческой части Малой Азии и в некоторых районах европейской Греции. Типичными образцами дорического ордера с такими характерными для него особенностями, как суровая мощь и тяжеловесная массивность, могут считаться храм Аполлона в Коринфе, храмы Посейдонии (Пестум) на юге Италии и храмы Селинунта в Сицилии. Более изящные, стройные и вместе с тем отличающиеся некоторой вычурностью декоративного убранства постройки ионического ордера были представлены в этот же период храмами Геры на о. Самосе, Артемиды в Эфесе (прославленный памятник архитектуры, считавшийся одним из «семи чудес света»), Аполлона в Дидимах недалеко от Милета.
Принцип гармонической уравновешенности целого и его частей, четко выраженный в самой конструкции греческого храма, нашел широкое применение и в другой ведущей отрасли греческого искусства — монументальной скульптуре, причем в обоих случаях можно с уверенностью говорить о социальной обусловленности этой важной эстетической идеи. Если храм с его колоннадой, напоминающей ряды гоплитов в фаланге, воспринимался как модель и вместе с тем символ тесно сплоченного гражданского коллектива, то образ свободного индивида, являющегося неотъемлемой частью этого коллектива, воплотился в каменных изваяниях, как одиночных, так и объединенных в пластические группы. Их первые, еще крайне несовершенные в художественном отношении образцы появляются приблизительно в середине VII в. до н.э. Одиночная скульптура конца архаического периода представлена двумя основными типами: изображением обнаженного юноши — куроса и фигурой одетой в длинный, плотно облегающий тело хитон девушки — коры.