Особый интерес у Декарта вызывала оптика, теоретическая и практическая. Некоторые его письма представляют собой небольшие сочинения по диоптрике (науке о преломлении световых лучей) и катоптрике (науке, изучающей законы отражения лучей). Чтобы провести экспериментальные исследования по оптике, Декарт сам занимается конструированием машин для шлифовки стекол, прибегая к помощи инженеров и мастеров-шлифовальщиков. Среди близких парижских друзей ученого был талантливый инженер Виллебресье. Вместе с ним Декарт изобрел несколько механических приспособлений, в том числе прибор для черчения, самодвижущееся кресло и т. п.
Декарт интересовался и другими науками. Он делился с Мерсенном намерением «после диоптрики заняться изучением чего-то полезного в области медицины», а позднее не раз писал о своих успехах в биологии. Из писем также видно, что он проявлял интерес к химии и анатомии, ставил эксперименты по сравнению удельного веса металлов, изучал форму и взаимное расположение снежных кристаллов, наблюдал за движением комет, исследовал законы акустики.
Много внимания Декарт уделил анализу явления паргелия – появления на небе ложных солнц. Оно наблюдалось в Риме 20 марта 1629 года. Размышление над сущностью этого редкого явления привело Декарта к разработке теории, впоследствии изложенной в сочинении «Метеоры».
Все эти занятия ученого были подчинены главной задаче – созданию общей теории, положенной им в основу всех естественных наук. Первые наброски этой теории содержатся в трактате «Правила для руководства ума». Над ним Декарт работал в 1628–1629 годах, но труд этот не закончил. Остался незавершенным и другой трактат – «Поиски истины с помощью естественного света». Вскоре Декарт приступил к написанию сочинения, которое он озаглавил «Мироздание, или Трактат о свете». В нем он хотел изложить свою теорию полностью.
Работа двигалась крайне медленно, и это вызывало постоянные упреки Мерсенна. Декарт оправдывался тем, что усиленно занимается конкретными естественнонаучными проблемами, без чего, по его мнению, сочинение будет далеким от совершенства. Особенно важными представлялись ему занятия алгеброй и геометрией. По собственному свидетельству Декарта, время от времени он отводил несколько часов специально на то, чтобы упражняться в приложении своего метода к трудным проблемам математики.
Завершить свой главный труд Декарт предполагал в начале 1633 года. Он писал Мерсенну: «Я называю Вам дату, чтобы более обязать себя и чтобы Вы могли упрекнуть