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墨子对自然科学认识对象的确立表现在两个方面。一是将自然之物与社会人事相分离。二是从结构分析的角度研究了自然万物的存在。孔子对自然现象亦有相当细致的观察，但他是将自然之物、自然现象作为“取辩之物”来论喻人生哲理，对自然现象的认识是依附于政治，伦理原则，或是用人事来类比自然现象，因而自然之物、自然现象不是孔子研究、认识的独立对象。
墨子将自然现象和社会现象分开，面对着感官所感觉到的各种自然现象及在生产实践中所碰到的各种科学技术问题，加以分析、研究。自然物体、自然现象作为自然科学认识对象的确立，使墨子的科学活动能建立在客观的，分析的，理性的经验的基础之上。
墨子在科技实践中，对一些自然现象进行了比较仔细的观察，研究了自然物体的存在方式，物体的结构，物体存在与属性之间的关系，物体的运动和静止，从而抽象出一批反映自然事物的概念。墨子对自然事物的认识更注重从可测量性，可观察性的角度出发，这是对自然物体、自然现象进行科学认识的起点。
墨子坚持从物体的内部结构来说明自然物体独立存在的客观性，提出了“端—体—兼”的结构层次观念。墨子从物体本身的物质构成来说明物体存在的形式及变化的原因。坚持从最简单的，可分析的因素来理解物体的宏观现象，从而使科学认识建立在对自然物体具体分析的基础上。这样，自然界作为认识的一个独立研究的客体的思想，在科学认识活动中具体化、明确化了。对自然物体的认识，可以从它们本身存在的结构上一层层分析下去，并且这种分析都是建立在坚实的物质性的基础之上。对研究对象从结构上分析是自然科学认识、思维活动深入发展的必经一环。
墨子对物质本原的认识，与古希腊的原子论思想有类似之处，针对“混沌一气”的观点，墨子提出了时空元的观念。墨子用“端”这个概念来表示事物存在的最小空间单位，“端，体之无度而最前者也。”“端是无间也”。 对“端”这个概念，钱宝琮、方孝愽认为“端”是几何上的点，梁启超、栾调甫认为是构成物体的质点，体之的含义应该是说分物。对“端”的理解，要结合几条有关的经、经说，进行综合分析，才能比较全面，符合墨子思想的原意。“非关弗则不动，说在端”， “体也，若有端”，“体，分于兼也”， “体。若二之一，尺之端也”。 “间。谓夹者也。尺前于区穴而后于端，不夹于端与区内“。 从语义上分析，端的古字起源于，象植物的萌芽，中间一横表示地，下面为根。《说文》云：“耑，物初生之题也”，耑为端的原字。首先，端分于体，体分于兼。这说明端、体、兼在层次上存在一种大小包含的意义，即端、体、兼是在空间尺度上具有不同大小尺度的物质形态。其次，“端”是可以独立存在“有”的一种基本形态，其基本特征是一种不可度量的基本元。“前则中无为半犹端也”，“前后取则端中也”， 不管如何分割，是单向往前分割，还是从前后两端往中分割，分割到最后，“毋与非半不可。” 亦即分割到物体存在的最小单位，这类似于内部不可再分的绝对刚性的原子。“端”的这种不可再分割的特性表明，它是构成物体的最小基元。无数的“端”通过不同的组合才构成自然万物——“体”。“兼”在墨子看来是一种无穷的存在，这种无穷的存在是由无数的独立存在的物体所组成，所谓体分于兼。第三，端作为物质构成的基元，是从本原的角度表明了自然界物质的客观存在性。同时，端也有作为数学上几何点的涵义。墨子用端、尺、区、体的概念，从点、线、面、体的几何角度来理解物体存在的形状。《经说上》说：“穷。或不容尺，有穷。莫不容尺，无穷也。”这里“或”是古“域”字，即区域，尺就是线。这条经说是从用线能否穷尽区域来定义有穷和无穷。墨子关于点、线、面、体的几何关系的认识是对端、体、兼结构层次认识的一种数学抽象。
墨子关于端、体、兼结构层次的思想和毕达哥拉斯数形合的数本源论，德谟克利特的原子论相比，在思想方法上有某些相似之处。当然从理论形态方面看，墨子这一思想还是十分简单、粗糙的，但它引导人们将对科学对象的研究简化成对构成它的基本构成元素的分析，从构成基元及其不同的组合来认识各种不同的物质形态的构成。虽然墨子并没有具体论述构成基元——“端”通过什么方法和形式来构成宏观物体，没有提及构成的动力及来源，也没有论及构成基元的“端”与各种形态的万物之间联系的中间环节，但它为科学认识沿着这个方向进行分析思考提供了启示。墨子对自然物体结构分析的思想和科学认识发展的一般过程是相吻合的。在科学认识过程中。人们必须先研究具体事物的存在，然后才研究其发展。只有先知道具体事物存在的方式、结构、性状，然后才能真实、准确、具体地认识这些具体事物的变化。确切地认识一个事物，其基础就是认识事物的结构。离开对物体结构的分析而谈物体的变化过程及其呈现的错综复杂的现象，或则流于牵强附会的臆测；或则导致对“有”的否定，认为感觉到的各种变化、现象都是虚幻的、不可靠的。
墨子进一步从时空与物体运动相关联的角度考察，从时空和物体运动这两个方面来研究、说明自然万物的存在方式。自然物体的存在方式是以一定的时空形式来表现的。墨子指出，时间是“弥异时也”， 就是“古今旦暮”； 空间是“弥异所也”， 就是“东西家南北”。墨子关于时空的认识已有纯粹延续性的时间概念和广延性的空间概念，是从外延特征上加以定义，具有可测量性的，实践的可把握特征。
如果说墨子用“端”来表述物体存在的最小空间单位，那么墨子提出的“始”概念则刻划了事物存在和变化的最小时间单位，墨子从时空的基元来认识有限物体的时空存在，并进一步去理解和推断时空无限形式存在的合理性和可能性。“始，当时也。” “始当无久”， 孙诒让说：“此言始者，或时已历久，而追溯其本，或时未历久而甫发其端，二者皆谓之始，但始必当无久，时若已有久，则不得谓为始也。” 作为运动时间的开始，也可作为描述物体运动的任何瞬间刹那。这样，对时间与物体一般运动的联系的分析有了一个出发点。物体的运动或静止涉及到时间的流逝和空间位置的变化。“宇或徙，说在长宇久。”“宇。徙而有处。宇南北，在旦有在莫，宇徙久。” 这说明，墨子认为物体的运动是一种空间位置的移动，但一定伴随着时间的流逝，从南到北的空间连续变动和从早到晚的时间连续进行是相统一的。“动，或徙也。” “行修以久”， “止，以久也”。 墨子认为物体的运动或静止是以时空变化的形式表现的，物体运动既是一种空间位置的变化，同时也标志了时间的流逝，物体静止不动说明空间位置虽然没有动，但时间仍在流逝。
墨子进一步通过对物体转动、振动、迅速移动、缓慢移动等运动现象的比较分析，以空间和时间的变化来说明这些现象。“动。偏际徙者，户枢瑟兔。” 户枢是代表转动，即门户绕轴转动。瑟兔据高亨解释是瑟柱，兔是瑟柱头的形状，代表琴瑟的弦的振动。转动和振动都是在被固定的区域内的运动，如门户只能绕轴转动，琴弦是在两端被固定的情况下发生振动。所以，转动和振动是物体空间位置移动的一种特例。“止。无久之止，当牛非马，若矢过楹。有久之止，当马非马，若人过梁。”墨子在这里是用时间来描写静止。墨子认为存在有久之止和无久之止的不同状况，这两种不同的静止状态都是通过和运动过程相对比较来描述的。如“若矢过楹”，就是说飞矢的快速运动，实际上是由一系列极短暂的静止积集而成，这种极短暂的静止就是无久之止。而“若人过梁”，就是人过桥的缓慢运动，实际上也是一系列相对静止的动作积集而成，这种过桥动作的相对静止比飞矢不动明显，是一种有久之止。墨子通过对运动和时空关系的考察，指出了时空的实在性正是体现在物体的运动之中。反之，对物体的运动和静止，也可从时空的变化上加以理解，时空与物体运动的相关性的认识，使墨子对自然万物存在方式的认识更趋具体化。
墨子以时空元为自然物体存在的基本构成单位的宇宙观，是一种以结构观念为基础的宇宙观。因为，其一，墨子认为时空元“端”和“始”是一种独立存在“有”的表现形式。其二，墨子认为自然万物之间的差异是普遍存在的，“二，必异”。这种差异在本质上是“不有同”，并且承认“有”和“无”都是独立存在的，“无不必待有，说在有无”。 “无”的独立存在，表明“有”的三种层次“端”、“体”、“兼”之间是以结构联系为特征的。由端构成体，由体组成兼，只能从不同形式的组合方面给予解释。
墨子以时空元为基础的宇宙结构观和道家以“道气”为基础的宇宙非结构性的区别，前者强调物体存在量和质的规定性，后者着眼于笼统的过程变化。作为科学理论思维的出发点，这种区别使科学认识活动沿着不同的方向发展，前者有利于以科技实践为基础的分析方法，及重视数学简化的思维倾向，后者则易使理论思维停留在对表观现象的直觉思辨上，流于冥想玄思的神秘主义。
墨子关于自然万物的结构层次观念及物体运动与时空相关性的认识为墨子的具体的科学认识活动奠定了一个正确的思想基础，提供了一个科学的理论前提，从而使墨子在诸如力学、运动学、光学、几何学等方面都取得了不少成果。
墨子从物质结构的观点进一步注意到材料的性能和材料的结构状态有关。“负。衡木加重焉而不挠，极胜重也。若校交绳无加焉而挠，极不胜重也。”这是对木条负重受力情况考察结果的一种描述。一根横木没有折裂破损，它的负重受力的能力远大于由于横木折裂而用绳子捆绑后的负重受力的能力。“轻重而发绝，不均也。均，其绝也莫绝。” 这条经说论及了材料的应力问题，即注意到材料单位截面积承受的重力和材料物质分布的均匀状态有关，也就是说和物体处于怎样的聚集状态有关。又例如，墨子关于力和物体运动状态的关系的认识，“力，刑之所以奋也。” “力。重之谓。下与重，奋也。“ 墨子是用运动状态的变化来定义力的内涵。《广雅释诂》云：”奋，动也。“梁启超将”奋“理解为”动“，有点失于字面的理解，方孝愽将”奋“理解为具有加速度的运动，未免有点使古人现代化了。在科学发展的早期阶段对运动和加速度的认识往往是混在一起的，直到近代才确定了加速度的概念，使其成为近代力学和运动学的一个基本概念。墨子在这条经和经说中，将力和物体的运动联系起来，将力�