为了找到一个绝对确定的牢固基础，以便在此之上构建他的客观知识体系，笛卡尔选择了“彻底怀疑”的方法。他的格言是“怀疑一切”。笛卡尔会将一切可能被怀疑的东西通过怀疑加以排除，不管怀疑的根据有多么不禁推敲，直到他找到一种在逻辑上不容置疑的命题为止。如果存在这样的命题，那么它就是一切知识的绝对确定的基础。他写道：
如果我想要在科学中建立任何牢固而永久的结构，我必须一劳永逸地尽力摆脱先前接受的所有看法，以便重建基础部分。
这个激进的计划要求他拆毁旧的“知识大厦”，将其打得千疮百孔，好像它只有腐烂的房梁和脆弱的木板来支撑似的，并从地基开始重新建造。笛卡尔认识到，如果一步一步来做的话，这个计划可以永远进行下去。在他尝试“摆脱所有先前的看法”时，他对每一种似乎是无限多的意见都加以挑战。就像一个白蚁检查员的工作前提是，如果主要的底部承重梁腐烂的话，那么整个建筑就处于危险之中，笛卡尔径直详细检查了支撑大部分知识内容的那个结构，即由五种官能提供的关于外在世界的信息。他写道：“目前为止，所有我作为真实而确定的东西加以接受的，要么从感官而来，要么通过感官而获得。”令人惊讶的是，他的彻底怀疑法一下子阐明了主要的信息之源。他声称诸种官能是已为人知的*子，而相信一个已为人知的*子是不明智的。
笛卡尔的意思很明显。我们都知道各种视觉上的幻觉（池塘里“弯曲的桨”，路上的“水潭”，“交汇在地平线上的”铁轨）以及其他官能上的幻觉。所以，彻底怀疑法瞬间就让笛卡尔丧失了所有感觉信息。
但笛卡尔立即感到他走得太远了。他写道：
如果你能穿透此处精彩的巴洛克式语言，你将明白笛卡尔说的是，任何一个盯着自己的双手而怀疑是否是自己的双手的人不是一个哲学家，而是一个疯子。就其劝告我们永远不要相信感官而言，彻底怀疑瞬间成为一种精神错乱。
笛卡尔意识到避免让他的方法将我们从“知识大厦”引开，并将我们引入疯狂大厦的唯一方法，也许是承认诸如“这是我的手”之类的简单常识判断是知识的合法基础。但记住，笛卡尔所玩的哲学游戏（“彻底的”或“方法论的”怀疑）所要求的是，最微弱的怀疑根据也要被认为可以取消任何对确定性的主张。所以，当他凝视其双手的时候，笛卡尔继续检查他关于双手的思想，看看能否在其思想中找到欠缺之处，他发现一个重要的后来被称为“睡梦问题”的薄弱环节。笛卡尔写道：
我有睡觉和在梦里出现跟疯子们醒着的时候所做的一模一样、有时甚至更加荒唐的事情的习惯。有多少次我夜里梦见我在这个地方，穿着衣服坐在炉火旁边，而实际上我正一丝不挂地躺在床上！
他由此“惊奇地”发现：没有任何实验可以绝对确定地证明在已知的任何一分钟里他不是在做梦。（你尽可以想出任何实验，但你也可能都是在做梦，所以想出的实验根本就不是实验。）
因此，与彻底怀疑相一致，笛卡尔假定他永远都可能是正在做梦。这个假定完全破除了感官能给我们提供确定知识的可能性。（想象一个人说“这是一张桌子”，但接着不得不加上一句来修饰这一论断，“然而，我可能正在做梦，所以可能这里并没有桌子”。）
那么，数学呢？或许它是绝对确定性的最后一个候选者。笛卡尔说道：“不管我们醒着还是睡着，二加三总是等于五，而正方形也不会有四条以上的边。这样清楚明白的真理似乎不可能怀疑它有误或不确定。”但彻底怀疑要求笛卡尔去怀疑那些甚至是最简单的算术命题——如果有任何理由需要这样做的话。那么，如果宇宙的造物主不是天主教仁慈的上帝，像笛卡尔小时候所知的那样，而是一个恶毒的天才，一个邪恶精灵，这个邪恶精灵的唯一目的就是去欺*，那么即使最简单的数学判断不也会是错误的吗？（再一次，想象一位数学老师在课堂上说：“二加三等于五……除非有一个恶毒的天才，在这种情况下可能二加三不等于五。”）笛卡尔能确定地知道这样一个恶灵不存在吗？
不，他不能！笛卡尔的心灵被一个邪恶的力量从外部加以操控，这在逻辑上是可能的。所以按照他的彻底怀疑规则，他假定整个世界只不过是邪恶天才的恶劣虚构。
那么，对笛卡尔来说还有什么思想会是确定的呢？即便他的诸感官都在欺*他，即便他正在做梦，即便有一个全能的精灵正用尽其力来欺*他？有什么即便对一个疯子来说也正确而确定的真理吗？是的，有一个并且只有一个这样的真理：“我思，故我在。”即便他的诸感官都在欺*他，即便他正在做梦，即便他是疯子，即便一个邪恶天才在欺*他，这个命题也是真的，只要他说出这个命题或将之保持在意识中。它，也只有它，在任何情况下都不可能被怀疑。
在自我中发现了确定性，并证实其自我与其意识是等同的（因为有可能怀疑你是否拥有一个身体，但不可能怀疑你有一个心灵；因此，你的自我和你的心灵必定是一样的）。在此之后，笛卡尔现在有了一个基础，可以在此之上建立他的新“知识大厦”：自我的确定性，或意识的确定性，或他在其较为笃信宗教的时候所称的，灵魂的确定性。但他可以在那个基础上建立什么东西呢？笛卡尔现在必须寻找一种方式来避免唯我论（solipsism），也就是说，避免他的主观性的局限，并证实外部世界的存在。为做到这一点，他向内审视并悉心检审自身心灵的内容——因为，在现在这个时候，在彻底怀疑规则的严格约束下工作（“任何可怀疑的东西都必须加以怀疑”），其心灵的内容是所有他不得不处理的东西。在绝对确定的自我的知识之外，笛卡尔还发现了今天的哲学家们称为感觉材料（sense data）的东西，即知觉的直接感觉：颜色、声音、气味、味道和触觉质感（硬、软、冷、热等等）。这些感觉材料也是确定的，只要我们单纯描述它们，而不在其与外部世界之间建立因果联系。“我现在正在经验红、白和蓝”，这是确定的，但“那儿有一面法国（或美国、英国、荷兰）国旗”，这不是确定的。（我可能正在做梦；可能有一个邪恶天才在欺*我。）至少，心中感觉材料的存在以及它们可能是由意识之外的物质世界所引起的这种可能性给了笛卡尔前进的希望。而笛卡尔对意识内容的探索给他提供了一个与外部实在的牢固得多的纽带，尽管这一纽带和外部物质世界的关联是相当间接的。