στην Αθήνα, όπου έζησε 30 χρόνια και ήταν φίλος και δάσκαλος του σπουδαίου πολιτικού Περικλή. Προσπάθησε να ανανεώσει την Ιωνική φιλοσοφία, συνδυάζοντας τις πνευματικές κατακτήσεις του Παρμενίδη και του Εμπεδοκλή. Πρόκειται ουσιαστικά για τον φιλόσοφο που πραγματοποιεί το πέρασμα από την Ιωνική αναζήτηση περί προέλευσης του κόσμου, στην πραγματική φιλοσοφία και τα ερωτήματά της.
Κεντρική θέση στον φιλοσοφικό του στοχασμό κατέχει μια έννοια, που την ονόμασε, ΝΟΥΣ. Για τον Αναξαγόρα, ο Νους είναι αιώνιος, γνώστης των πάντων, παντοδύναμος, η πηγή κάθε μορφής ζωής και η αιτία που υπάρχει τάξη και αρμονία στο Σύμπαν. Ο Νους ελέγχει όλα όσα έχουν ψυχή και την κίνηση του Σύμπαντος. Όπως συνήθιζε να λέει: όλα τα πράγματα ήταν μαζί, κατόπιν ήρθε ο Νους και τα έβαλε σε τάξη. Η ύλη περιγράφεται σαν ένας σωρός που όλα τα στοιχεία είναι ανακατωμένα. Τον χωρισμό τους τον προκάλεσε ο Νους, προκαλώντας ένα είδος περιδίνησης. Με τη δίνη χωρίστηκαν τα στοιχεία αρχικά σε δύο μέρη και στη συνέχεια προχώρησε ο χωρισμός και δεν έχει τέλος. Υποστήριζε ότι ο Νους που δίνει ζωή στα έμψυχα, είναι μοιρασμένος με διαφορετική ποσότητα. Στον άνθρωπο οι αισθήσεις και η αντίληψη είναι έργο του Νου. Δεν εμπιστευόταν τη γνώση που προέρχεται από τις αισθήσεις και τόνιζε ότι την αληθινή γνώση την προμηθεύει μόνο η λογική.
Ο Αναξαγόρας κατάφερε και έλυσε το πρόβλημα των πλημμυρών του Νείλου, υποστηρίζοντας ότι αυτές οφείλονταν στο λιώσιμο του χιονιού στα βουνά της Αιθιοπίας και είχε δίκιο. Αντιμετώπισε τη λαϊκή θρησκεία με κριτικό πνεύμα και απέρριπτε την επέμβαση των θεών στην πορεία του κόσμου. Ήταν ιδιαίτερα επικριτικός προς τη μαντική τέχνη, ασπαζόμενος την άποψη ότι όποιος θέλει να μάθει τα μέλλοντα, ζητά να ζήσει τη ζωή του προκαταβολικά. Χαρακτηριστικό της εμπιστοσύνης που έδινε στη λογική και όχι στην επέμβαση των θεών είναι το εξής περιστατικά: όταν σε κάποια εκστρατεία του αθηναϊκού στόλου έγινε έκλειψη ηλίου, ο Περικλής χρησιμοποίησε τη λογική εξήγηση που του είχε διδάξει ο Αναξαγόρας και έτσι κατάφερε να διώξει τον τρόμο από τους άντρες. Κάποια άλλη φορά που στους Αιγός ποταμούς είχε πέσει ένα κομμάτι μετεωρίτη και οι άνθρωποι το ερμήνευσαν ως σημάδι των θεών, ο Αναξαγόρας είπε ότι απλά είναι ένα ουράνιο σώμα που έπεσε στη Γη.
Τους θεούς τους αντιμετώπιζε συμβολικά και τον Δία τον ταύτιζε με τον Νου, την Αθηνά με την τέχνη, τον Ήφαιστο με τη σιδηρουργία. Πίστευε ότι η γνώση αναπτύσσεται μέσω της εμπειρίας, της μνήμης και της τεχνικής. Εισήγαγε συνεπώς μια ενδιαφέρουσα καινοτομία, από τη στιγμή που απορρίπτει τους θεούς και λέει ότι πηγή της γνώσης είναι η εμπειρία. Θεωρούσε μάλιστα ότι η γνώση που αποκτιέται δεν πρέπει απλά να έχει θεωρητικό χαρακτήρα, αλλά να συνδέεται με την πρακτική εφαρμογή για τη βελτίωση των συνθηκών ζωής.
Όπως ήταν φυσικό οι απόψεις του για τους θεούς προκάλεσαν πολλές αντιδράσεις, κατηγορήθηκε για αθεΐα και αναγκάστηκε να εγκαταλείψει την πόλη της Αθήνας και να εγκατασταθεί το πιο πιθανόν στη Λάμψακο, πόλη του Ελλησπόντου. Εκεί ασχολήθηκε με την αστρονομία και την αγαπημένη του ιατρική. Πέθανε το 428 π.Χ. Επρόκειτο για έναν φιλόσοφο που προσπάθησε να ερμηνεύσει τον κόσμο με ορθολογικό τρόπο, έναν γνήσιο εκπρόσωπο του διαφωτιστικού πνεύματος που θα κορυφωθεί αργότερα στην Αθήνα με το κίνημα των Σοφιστών.