哲学上，笛卡儿是一个二元论者以及理性主义者。笛卡儿认為，人类应该可以使用数学的方法——也就是理性——来进行哲学思考。
他相信，理性比感官的感受更可靠。（他举出了一个例子：在我们做梦时，我们以為自己身在一个真实的世界中，然而其实这只是一种幻觉而已，似如庄周梦蝶）。
他从逻辑学、几何学和代数学中发现了4条规则：
1、绝不承认任何事物為真，对於我完全不怀疑的事物才视為真理；
2、必须将每个问题分成若干个简单的部分来处理；
3、思想必须从简单到复杂；
4、我们应该时常进行彻底的检查，确保没有遗漏任何东西。
笛卡儿将这种方法不仅运用在哲学思考上，还运用於几何学，并创立了解析几何。
由此，笛卡儿第一步认為怀疑就是出发点，感官知觉的知识是可以被怀疑的，我们并不能信任我们的感官。
所以他不会说我看故我在、我听故我在。从这裡他悟出一个道理：我们所不能怀疑的是我们的怀疑。
意指：我们无法去怀疑的，是我们正在怀疑这件事时的怀疑本身，只有这样才能肯定我们的怀疑是有真实性的。并非虚假的產物。
人们觉得理所当然或习以為常的事物，他却感到疑惑，由此他推出了著名的哲学命题——我思故我在（ergosum）。
笛卡儿将此作為形上学中最基本的出发点，从这裡他得出结论，我必定是一个独立於*的、在思维的东西。
笛卡儿还试图从该出发点证明出上帝的存在。笛卡儿认為，我们都具有对完美实体的概念，由於我们不可能从不完美的实体上得到完美的概念，因此必定有一个完美实体——即上帝——的存在来让我们得到这个概念。
从所得到的两点出发，笛卡儿继续推论出既然完美的事物(神)存在。那麼我们可以确定之前的恶魔假设是不能成立的，因為一个完美的事物不可能容许这样的恶魔欺骗人们，因此藉由不断的怀疑我们可以确信这个世界真的存在，而且经由证明过后的数学逻辑都应该是正确的。
现实世界中有诸多可以用理性来察觉的特性，即它们的数学特性（如长、宽、高等）。当我们的理智能够清楚地认知一件事物时，那麼该事物一定不会是虚幻的，必定是如同我们所认知的那样。
虽然笛卡儿证明了真实世界的存在，他认為宇宙*有2个不同的实体，既思考(心灵)和外在世界(物质)，两者本体都来自於上帝，而上帝是独立存在的。
他认為。只有人才有灵魂，人是一种二元的存在物，既会思考，也会佔空间。而动物只属於物质世界。
笛卡儿强调思想是不可怀疑的这个出发点。对此后的欧洲哲学產生了重要的影响。我思故我在所產生的争议在於所谓的上帝存在及动物一元论(黑猩猩、章鱼、鸚鵡、海豚、大象等等都证实有智力)，而怀疑的主要思想，确实对研究方面很有贡献。
笛卡儿对数学最重要的贡献是创立了解析几何。笛卡儿成功地将当时完全分开的代数和几何学联繫到了一起。
在他的著作《几何》中，笛卡儿向世人证明。几何问题可以归结成代数问题，也可以通过代数转换来发现、证明几何性质。
笛卡儿引入了坐标系以及线段的运算概念。笛卡儿在数学上的成就為后人在微积分上的工作提供了坚实的基础。而后者又是现代数学的重要基石。
他创新地将几何图形转译代数方程式，从而将几何问题以代数方法求解，这就是今日的解析几何或称座标几何。
此外，现在使用的许多数学符号都是笛卡儿最先使用的，这包括了已知数a,b,c以及未知数x,y,z等，还有指数的表示方法。
他还发现了凸多面体边、顶点、面之间的关係，后人称為欧拉─笛卡儿公式。还有微积分中常见的笛卡儿叶形线也是他发现的。
在物理学方面，笛卡儿也有所建树。他在《屈光学》中首次对光的折射定律提出了理论论证。
他还解释了人的视力失常的原因，并设计了矫正视力的透镜。力学上笛卡儿则发展了伽利略运动相对性的理论，强调了惯性运动的直线性。
笛卡儿发现了动量守恆原理的原始形式(笛卡儿所定义的动量是一绝对值，不是向量，因此他的动量守恆原理后来也被证明是错误的)。
他还发展了宇宙演化论、漩涡说等理论学说，虽然具体理论有许多
