有人认为，毛泽东精通哲学，但不懂自然辩证法；精通社会科学，但不懂自然科学。此话实为偏见。作为一位伟大的马克思主义哲学思想家，毛泽东在自然哲学和自然科学领域，同样有独到的见解和深刻的论述。1940年初，在延安自然科学研究会成立时，毛泽东阐述过这样一些道理，“马克思主义包含有自然科学，大家都要来研究自然科学，否则世界上就有许多不懂的东西，那就不算一个最好革命者。”“研究辩证唯物主义不能不研究自然辩证法。”毛泽东的《实践论》《矛盾论》就闪耀着运用自然事例和自然科学原理阐明哲学观点的思想光芒。
新中国成立以后，毛泽东更加关心指导自然辩证法和自然科学的研究与应用，规划开创新中国科技事业的蓝图。1955年1月，为创建中国的核能事业，毛泽东亲自召集原子能问题专家会议，商讨有关发展核尖端科技的方针大计。在会上，毛泽东饶有兴致地询问钱三强教授：“质子、中子是由什么组成的？”钱教授回答：“目前还只知道质子、中子是构成原子核的基本粒子。”毛泽东立刻作了辩证的分析：“我看不见得，原子、中子、电子还应该是可以分的。一分为二，对立统一么！现在实验上虽然还没有证明，将来实验条件发展了，将会证明它们是可分的。”不久，世界科学界相继发现反质子和反中子，中国科学家1959年也发现反西格马负超子，为毛泽东的科学家思维和论断提供了实证。
1957年11月，毛泽东出访苏联，又在莫斯科共产党和工人党各国代表会议上，大谈原子核内部的一分为二，对立统一，呼吁“关于辩证法，需要作广泛的宣传”，“要在各国党的政治局会议和中央全会上谈这个问题”。在这个特殊场合下，中共领袖大讲物理科学辩证法，意在针砭国际共运中缺乏辩证观点的严重倾向，同时首先阐述了当代科学研究的新发现，引起各国共产党代表们的瞩目和讨论。
毛泽东特别重视经济发展和科学进步中的自然辩证法问题。1960年《光明日报》刊登哈尔滨工业大学教师运用哲学原理对机床结构进行新分析的论文，毛泽东阅后很赞赏，要作者再写一篇“更详细、更有认证的论文”交《红旗》杂志发表。这推动了自然辩证法的研究。毛泽东更是密切关注着当代科学家倾力研究的三大基本理论问题，因其直接关系中国急需攻克的原子能技术、石油地质科研等重点难题。他多次找科学家、哲学家会商研讨，最终明确形成了“基本粒子无限可分”的哲学观点，发展了马克思主义自然观。1964年，毛泽东在接见出席北京国际科学讨论会的日本代表团团长坂田昌一时，赞扬坂田的《关于基粒子新观点的对话》“写得很好”，坂田惊叹中国共产党的领袖这样关注自然科学研究及其新发展。当坂田得知毛泽东1957年在莫斯科会议上关于原子核内部一分为二的辩证论述后，深表敬佩，说如果早知道毛泽东的这些意见，他写文章时会加以引述的。
毛泽东的“基本粒子无限可分”的思想，在1964年国际科学讨论会和1966年北京物理讲座会上，均引起中外科学家的热烈讨论。这一思想在当代自然科学研究特别是粒子物理研究中，起着思维启迪和哲学方法的指导作用。我国物理学家由此提出了“强子结构的层子模型”理论，各国科学家陆续发现了数以百计的基本粒子，充分印证了毛泽东关于亚微观物质粒子结构无限可分的科学论断。坂田昌一的《中国科学的风貌》一书，记载了他见到毛泽东的情况和他对毛泽东重视基础科学理论的感想。他把毛泽东的“两论”同恩格斯的《自然辩证法》、列宁的《唯物主义和经验批判主义》并举，高度评价为“对于科学研究它必然是强有力的武器”。诺贝尔奖金获得者、美国著名物理学家格拉肖则在1977年第七届粒子物理专题国际会议上，回顾了物理学家深入研究物质结构的历程之后郑重提议：“把构成物质的所有这些假设的组成部分命名为‘毛粒子’以纪念已故的毛泽东主席，因为他一贯主张自然界有更深的统一。”充分体现了世界科学家对毛泽东及其精髓的科学思维的一种信仰和敬意。