Поскольку его семья была состоятельной, средства позволяли ему свободно путешествовать. В период с 1616 по 1628 год Декарт активно ездил по миру. Он поступил на службу в три различные армии (голландскую, баварскую и венгерскую), но не надолго и не участвовал ни в одном сражении. Также он побывал в Италии, Польше, Дании и в других странах. За эти годы Декарт сформулировал, по его убеждению, основной метод для открытия истины. В тридцать два года он решил применить свой метод при попытке создать всестороннюю картину мира. Тогда Декарт поселился в Голландии, где прожил двадцать один год. (Он выбрал эту страну потому, что там было больше интеллектуальной свободы и еще потому, что сам Декарт предпочитал находиться подальше от соблазнов Парижа.) Около 1629 года Декарт написал «Правила для направления мышления», книгу, в которой был описан его метод. (Однако этот труд не закончен и, вероятно, никогда не предназначался для публикации; впервые его издали более чем через пятьдесят лет после смерти Декарта.)
В период с 1630 по 1634 год он применил свой метод в изучении наук. Чтобы получить больше знаний по анатомии и физиологии, Декарт производил вскрытия. Он занимался независимыми исследованиями в оптике, метеорологии, математике и других областях науки. Декарт намеревался представить результаты своих научных поисков в книге под названием «Ле Монд» («Мир»). Но в 1633 году, когда книга была уже почти закончена, он узнал, что Церковные власти в Италии осудили Галилея за защиту теории Коперника о вращении Земли вокруг Солнца. Хотя в Голландии Декарт не подчинялся католическим властям, он решил, что будет разумным не издавать свою книгу, поскольку в ней тоже защищалась теория Коперника. Вместо этого в 1637 году Декарт опубликовал свою самую знаменитую работу «Рассуждения о методе правильного выявления причины и нахождения истины в науках» (обычно сокращенно ее называют «Рассуждения о методе…»). «Рассуждения» были написаны на французском языке, а не на латыни, поэтому все грамотные люди могли прочитав их, включая даже тех, кто не имел классического образования. Приложениями к «Рассуждениям» были три эссе, в которых Декарт привел примеры открытий, сделанных им с помощью своего метода. В первом таком приложении — Оптике — он представил закон преломления света (который, однако был открыт раньше Виллебрордом Снеллем). Еще он написал о линзах и других оптических инструментах, описал принцип функционирования глаза, рассмотрел теорию света, которая явилась предшественницей волновой теории, сформулированной впоследствии Кристианом Гюйгенсом.
Его второе приложение содержало первое современное представление о метеорологии. Декарт рассмотрел природу облаков, дождя, дал правильное объяснение радуги. Он оспорил мнение, что тепло состоит из невидимой жидкости, и верно заключил, что оно является формой внутреннего движения. (Но эта идея была уже высказана Фрэнсисом Бэконом и другими.) В третьем приложении — Геометрии — Декарт представил свой главный вклад в науку — аналитическую геометрию. Это был важный успех в математике, который подготовил Ньютону путь к изобретению дифференциального и интегрального исчислений. Возможно, самой интересной частью философии Декарта является способ, с которого он начинал. Из-за большого числа неправильных мнений, которые мы часто принимаем на веру, он решил, с целью добраться до истины, начать все с начала. Следовательно, Декарт стал во всем сомневаться — во всем, что говорили ему учителя, во всех своих наиболее лелеемых убеждениях, во всех своих здравых идеях, в существовании окружающего мира и даже в существовании себя самого — одним словом, во всем. Это, конечно, приводит к проблеме: как можно преодолеть такое вселенское сомнение и получить полезные знания о чем-либо? Декарт, однако, рядом остроумных метафизических аргументов смог доказать себе, что сам он существует («Я мыслю, следовательно, я существую»), что существует Бог и что существует окружающий мир. Это были отправные точки теории Декарта.
Важность метода Декарта двойная. Во-первых, он поместил в центр своей философской системы фундаментальный вопрос: «Что есть начальное человеческое познание?» Жившие до него философы пытались описать природу мира. Декарт научил нас, что на этот вопрос нельзя ответить удовлетворительно, кроме как в сочетании с вопросом: «Как я познаю?» Во-вторых, Декарт предположил, что мы должны начинать не с веры, а с сомнения. (Это позиция, совершенно противоположная позиции преподобного Августина и многих средневековых теологов, которые во главу угла ставили веру.) Правда, потом он в конце концов пришел к ортодоксальным теологическим заключениям. Но читатели обращали большее внимание на метод Декарта, нежели на заключения, к которым он пришел. (Опасения церкви, что труды Декарта окажутся разрушительными, нашли свое подтверждение.) В своей философии Декарт подчеркивает различие между мышлением и материальными объектами и в этом смысле защищает радикальный дуализм. Это различие существовало и раньше, но труды Декарта вызвали философскую дискуссию на эту тему. С тех пор поднятые им вопросы интересовали философов, да и до сих пор остаются нерешенными.