La sustancia es aquello que existe por sí mismo sin necesidad de otra cosa, es decir, es aquello autosubsistente. Partiendo del cogito (pensamiento) Descartes sostiene que él mismo es sólo una sustancia pensante, dado que ni siquiera el escéptico radical puede negar la existencia del pensamiento (su negación sería un pensamiento más), mientras sí puede mantenerse una duda sobre el cuerpo. Este razonamiento es sospechoso, dado que una idea tan evidente como el propio cogito puede ponerse en duda en términos generales (es inteligible la frase: «las ideas más evidentes son dudosas, acaso están equivocadas»), y esta clase de duda sólo queda claramente superada cuando se refutan las razones más radicales para dudar que ha admitido la investigación. Además, sólo estas mismas razones habían permitido poner en duda las más elementales de las ideas sensibles.
En cualquier caso, la teoría de las dos sustancias nos invita a un mundo dualista. Para llegar de una realidad a otra, del cuerpo al alma (en la percepción sensorial), o viceversa (como en el movimiento voluntario) Descartes menciona que hay una glándula en el cerebro humano (la pineal), donde se encuentra el punto de contacto entre ambas sustancias. Por supuesto, Descartes nunca pudo verificar esta afirmación.
Por otro lado Descartes afirma que hay dos tipos de sustancia, la infinita y la finita. La sustancia infinita es Dios, que es un ser perfecto o infinito (estas dos nociones parecen equivalentes, tal como Descartes las empleó). Tradicionalmente, se considera que Descartes introduce a Dios en su metafísica como garantía de la verdad, pero esto da lugar al profundo problema de la circularidad, que Descartes mismo señala en la «Carta a los Decanos y Doctores...» que antecede a las Meditaciones.
