劉禹錫在哲學上發展了從荀子到柳宗元關于天人關系的唯物主義思想，認為“五行之氣”是整個世界的物質基礎，氣重者為地，輕者為天，他提出“天與人交相勝”，“還相用”的學說，認為“天，有形之大者也：人，動物之尤者也”。天與人“皆有能有不能”，“天之道在生植，其用在強弱；人之道在法制，其用在是非”。“天之所能者，生萬物也；人之所能者，治萬物也”。天勝人，“非務勝乎人”，是無意識的；人勝天，“誠務勝乎天”，卻是有目的有意識的自覺活動，駁斥了當時的“因果報應”論與“天人感應”論，堅持并發展了在天人關系問題上的唯物主義思想。

劉禹錫還提出，任何事物都不能“逃乎數而越乎勢”的論點，認為一切事物都有其客觀的質的規定性(“數”)和發展的必然性(“勢”)，這是不能隨意改變的。對于“數”、“勢”不認識，就是“理昧”。“理昧”就要相信天命鬼神，只有“理明”，才不會相信天命而相信人為，這就從認識論根源上，揭穿了有神論產生的原因。不僅如此，他還指出了天命論出現的社會根源，認為“法大行”，“人道明”，公是公非，禍福自取，命運由自己決定，就不會相信天命；相反，“法大弛”，“人道昧”，是非顛倒，人不能掌握自己的命運，就會相信天命。劉禹錫的這些分析是超越前人的，它對人們認識天命論、有神論的思想實質，進而擺脫宗教迷信的束縛，是有積極意義的。

當然，劉禹錫的唯物主義無神論思想也是不徹底的，他對當時盛行的佛教采取了容忍妥協的態度，反映了時代的和階級的局限性。他不能真正懂得“人”，對“人”和政治歷史還是作抽象的分析，因而也不能真正科學地解決有神論產生的根源問題。劉禹錫著有《劉賓客集》，其中《天論》是他的主要哲學著作。