Descartes publia des extraits du Traité du monde et de la lumière (la Dioptrique, les Météores, la Géométrie) et introduisit une préface, intitulée discours de la méthode, pour bien conduire sa raison et chercher la vérité dans les sciences, qui est restée célèbre.
C'est à partir de ses intuitions des principes que Descartes propose de raisonner, c'est-à-dire de nous avancer dans la connaissance au moyen de la déduction. La déduction est ainsi un mouvement de la pensée, consistant en une série d'intuitions enchaînées, mises en relation par ce mouvement continu de l'esprit. Par ces séries d'intuitions reliées par le raisonnement, nous ramenons ce qui est inconnu aux principes, c'est-à-dire à ce qui est connu. Ainsi, en raisonnant sur la base de l'évidence, la pensée étend son domaine de connaissance au-delà des principes.
La méthode de Descartes ne prétend pas déduire a priori les phénomènes. Mais c'est l'expérience des cas particuliers qui met la pensée en mouvement, et cette pensée déduit et trouve de nouvelles connaissances. Néanmoins, si ce ne sont pas les causes qui prouvent les effets, il reste que la vérité est établie par des déductions à partir de principes, plutôt que par l'accord avec l'expérience. Ainsi Descartes est-il rationaliste quand il estime que la déduction est par elle-même suffisante pour valider la connaissance, et que ce sont les causes prouvées par l'expérience qui expliquent l'expérience. Cependant, lorsque l'expérience n'est pas conforme à ses principes, Descartes préférera privilégier les principes plutôt que de se plier à la réalité des résultats expérimentaux, parfois à l'excès. Sur ce point, Newton s'opposera au cartésianisme, attribuant la plus grande importance à l'adéquation entre les théories scientifiques et les faits expérimentaux, quitte pour cela à ne pas former d'hypothèses (par exemple sur la nature de la force gravitationnelle). La science est certes pour Descartes un système hypothético-déductif s'appuyant sur l'expérience, mais il reste que pour lui il devrait être possible de comprendre le monde physique par une théorie explicative complète prenant la forme d'une algèbre universelle.
Cette méthode scientifique étant établie, se pose alors la question de savoir quels sont les premiers principes : sur quoi notre pensée peut-elle se fonder pour s'assurer la certitude de ses connaissances ? Nous pouvons en effet douter de toutes nos connaissances.
Dans la sixième partie du discours de la méthode, Descartes indique qu'il a cherché à trouver les « principes ou premières causes de tout ce qui est ou qui peut être dans le monde, sans rien considérer pour cet effet que Dieu seul qui l'a créé ».
La certitude que Descartes se propose de trouver est au contraire absolue, et c'est une certitude analogue à celle des démonstrations mathématiques qui nous font voir avec évidence que la chose ne saurait être autrement que nous la jugeons et qui ne donne pas prise au scepticisme :
Ainsi, par le nom de science, Descartes n'entend-il rien d'autre qu'une connaissance claire et distincte. Le point de départ de la théorie de la connaissance, ce qui sera retenu tout particulièrement par un cartésien comme Nicolas Malebranche, c'est la simplicité et la clarté des premiers éléments. Mais cette pensée de l'évidence serait vide si elle ne prenait pour matière l'expérience, et ne procédait par induction, c'est-à-dire par l'énumération des éléments d'une question à résoudre. Seule une telle connaissance, en augmentant notre savoir, « en formant notre esprit à porter des jugements solides et vrais sur tout ce qui se présente à lui » (Règles, I) peut nous permettre de posséder toute la certitude et la vérité dont notre esprit est capable.
C'est pourquoi il faut dire également que toutes nos connaissances dépendent de notre entendement, et que ce dernier procède de la même manière dans toutes les sciences. Il y a ainsi pour Descartes une unité de la méthode, et il ne peut y avoir qu'une méthode vraie qui exprime l'unité et la simplicité essentielle de l'intelligence : la méthode en est la manifestation ordonnée.
Les règles de la méthode sont ainsi présentées par Descartes dans le Discours de la méthode :