在時空理論的基礎上，墨子建立了自己的運動論。他把時間、空間和物體運動統一起來，聯係在一起。他認為，在連續的統一的宇宙中，物體的運動表現為在時間中的先後差異和在空間中的位置遷移。沒有時間先後和位置遠近的變化，也就無所謂運動，離開時空的單純運動是不存在的。
對於物質的本原和屬性問題，墨子闡發關於物質屬性的問題。他認為，如果沒有石頭，就不會知道石頭的堅硬和顏色，沒有日和火，就不會知道熱。也就是說，屬性不會離開物質客體而存在，屬性是物質客體的客觀反映。人之所以能夠感知物質的屬性，是由於有物質客體的客觀存在。
力是使物體運動的原因，即使物體運動的作用叫做力。同時，墨子指出物體在受力之時，也產生了反作用力。例如，兩質量相當的物體碰撞後，兩物體就會朝相反的方向運動。如果兩物體的質量相差甚大，碰撞後質量大的物體雖不會動，但反作用力還是存在。接著，墨子又給出了“動”與“止”的定義。他認為“動”是由於力推送的緣故，更為重要的是，他提出了“止，以久也，無久之不止，當牛非馬也。”的觀點，意思是物體運動的停止來自於阻力阻抗的作用，如果沒有阻力的話，物體會永遠運動下去。這樣的觀點，被認為是牛頓慣性定律的先驅，比同時代全世界的思想超出了1000多年，也是物理學誕生和發展的標誌。亞理士多德認為力是使物體運動的原因，沒有力物體就不會運動，而停止是物體的本性，這樣的觀點是符合常人觀測的結果的，卻是膚淺和錯誤的）。關於杠杆定理，墨子也作出了精辟的表述。他指出，稱重物時秤杆之所以會平衡，原因是“本”短“標”長。墨子還對杠杆，斜麵、重心、滾動摩擦等力學問題進行了一係列的研究，這裏就不一一贅述。在光學史上，墨子是第一個進行光學實驗，並對幾何光學進行係統研究的科學家。如果說墨子奠定了幾何光學的基礎，也不為過分，至少在中國是這樣。墨子首先探討了光與影的關係，他細致地觀察了運動物體影像的變化規律，提出了“景不徙”的命題。也就是說，運動著的物體從表觀看它的影也是隨著物體在運動著，其實這是一種錯覺。因為當運動著的物體位置移動後，它前一瞬間所形成的影像已經消失，其位移後所形成的影像已是新形成的，而不是原有的影像運動到新的位置。如果原有的影像不消失，那它就會永遠存在於原有的位置，這是不可能的。因此，所看到的影像的運動，隻是新舊影像隨著物體運動而連續不間斷地生滅交替所形成的，並不是影像自身在運動。墨子的這一命題，後來為名家所繼承，並由此提出了“飛鳥之影未嚐動”的命題。
隨之，墨子又探討了物體的本影和副影的問題。他指出，光源如果不是點光源，由於從各點發射的光線產生重複照射，物體就會產生本影和副影；如果光源是點光源，則隻有本影出現。接著，墨子又進行了小孔成像的實驗。他明確指出，光是直線傳播的，物體通過小孔所形成的像是倒像。這是因為光線經過物體再穿過小孔時，由於光的直線傳播，物體上方成像於下，物體下部成像於上，故所成的像為倒像。他還探討了影像的大小與物體的斜正、光源的遠近的關係，指出物斜或光源遠則影長細，物正或光源近則影短粗，如果是反射光，則影形成於物與光源之間。特別可貴的是，墨子對平麵鏡、凹麵鏡、凸麵鏡等進行了相當係統的研究，得出了幾何光學的一係列基本原理。他指出，平麵鏡所形成的是大小相同、遠近對稱的像，但卻左右倒換。如果是二個或多個平麵鏡相向而照射，則會出現重複反射，形成無數的像。凹麵鏡的成像是在“中”之內形成正像，距“中”遠所成像大，距“中”近所成的像小，在“中”處則像與物一樣大；在“中”之外，則形成的是倒像，近“中”像大，遠“中”像小。凸麵鏡則隻形成正像，近鏡像大，遠鏡像小。這裏的“中”為球麵鏡之球心，墨子雖尚未能區分球心與焦點的差別，把球心與焦點混淆在一起，但其結論與近現代球麵鏡成像原理還是基本相符的。
墨子還對聲音的傳播進行過研究，發現井和罌有放大聲音的作用，並加以巧妙地利用。他曾教導學生說，在守城時，為了預防敵人挖地道攻城，每隔三十尺挖一井，置大罌於井中，罌口繃上薄牛皮，讓聽力好的人伏在罌上進行偵聽，以監知敵方是否在挖地道，地道挖於何方，而作好禦敵的準備。盡管當時墨子還不可能明白聲音共振的機理，但這個防敵方法卻蘊含有豐富的科學內涵。
墨子精通手工技藝，可與當時的巧匠公輸班相比。墨子擅長防守城池，在止楚攻宋時與公輸般進行的攻防演練中，已充分地體現了他在這方麵的才能和造詣。他曾花費了3年的時間，精心研製出一種能夠飛行的木鳥（風箏、紙鳶），成為我國古代風箏的創始人。他又是一個製造車輛的能手，可以在不到一日的時間內造出載重30石的車子。他所造的車子運行迅速又省力，且經久耐用，為當時的人們所讚賞。值得指出的是，墨子幾乎諳熟了當時各種兵器、機械和工程建築的製造技術，並有不少創造。在《墨子》一書中的“備城門”、“備水”、“備穴”、“備蛾“、“迎敵祠”、“雜守”等篇中，他詳細地介紹和闡述了城門的懸門結構，城門和城內外各種防禦設施的構造，弩、桔槔和各種攻守器械的製造工藝，以及水道和地道的構築技術。他所論及的這些器械和設施，對後世的軍事活動有著很大的影響。
墨子給出數學概念主要有：關於“倍”的定義。墨子說：“平，同高也。”也就是同樣高度稱為“平”。這與歐幾裏得幾何學定理“平行線間的公垂線相等”意思相同。關於“同長”的定義。墨子說：“同長，以正相盡也。”也就是說兩個物體的長度相互比較，正好一一對應，完全相等，稱為“同長”。關於“中”的定義。墨子說：“中，同長也。”這裏的“中”指物體的對稱中心，也就是物體的中心為與物體表麵距離都相等的點。