休谟的怀疑论是全面的，他不仅怀疑传统的知识的基础，而且怀疑新兴的自然科学的基础。前一种怀疑的目的是为了否认传统的学问是知识，后一种怀疑的目的是为了改善现有知识。但是，他的怀疑毕竟动摇了经验科学的基础，在知识界产生了振聋发聩的效果。
休谟对经验知识基础的考察集中于对因果关系的探寻，因为经验知识依赖的其他两种关系都以因果关系为前提。时空中事物联贯之可能，在于“原因”的存在；多样性的同一之可能，在于重复出现的东西被认作同一原因或结果。因此，“一切关于事实的推理，似乎都建立在因果关系上面”。
休谟问道：因果观念是如何建立起来的？他回答说，我们知觉到两个观念在空间相继出现，如果这两个观念重复出现，那么我们就会把先发生的观念称为原因，把后出现的称为结果。久而久之，我们就会形成这样的习惯：每当看到一个观念时便联想到另一个。这种在经验的基础上，通过联想而形成的恒常的联贯关系，就是我们通常所称的因果关系。
休谟进一步追问：因果关系的基础是什么？我们为什么能够依据过去发生的事实推导将来发生的事实？休谟把他的问题排列成这样一个层层深入的系列：
如果有人问；我们对于一切事实所作的推论的本性是什么？适当的答复似乎是，这些推论建立在因果关系之上。如果再问：我们关于因果关系的一切理论和结论的基础是什么？这可以用一句话来回答：“经验。”但是。如果我们再追根到底地问：由经验得来的一切结论的基础是什么？这就包含了一个新问题，这个问题最难以解决和解释。
休谟的问题是：我们为什么能够在经验的基础上做出关于因果关系的联想？也就是说，为什么每当我们看到一个事实时，就会联想到一个经常与它联系在一起的事实，为什么不能联想另外的联系呢？当他追问因果关系的基础是什么时，他要求解释因果观念为什么这样联系而不是那样联系的理由。按照休谟的理论，观念之间的关系不是靠观念自身就可以联系在一起的必然关系，就是在经验基础上形成的或然关系。我们的证明知识解释观念间的必然关系，经验知识解释关于事实的或然关系。但是，没有一种知识可以解释因果关系的理由。
我们先来看证明知识能否给予这样的理由。很明显，由因到果，或由果到因的推理，不是必然的推理，相反的情况是可能的。比方说，虽然天气预报说“明天天晴”，但我根据自己的经验预计“明天下雨”；这两种对立的因果关系都是可能的。证明知识只能解释不包含矛盾的观念之间的关系，它对包含着相反或对立的可能性的因果关系，是不适用的。
我们再来看经验知识能否给予因果关系以充分的理由。我们关于因果关系的联想是以过去的经验为基础的，对于那些没有经验或尚无经验的事件，我们为什么也可以推理它们之间的因果关系呢？比如，如果我今天一早发现教室里的桌椅摆设与昨天晚上离开时不相同，我会立即断定“昨天晚上有人移动了教室里的桌椅”，我的推理是以过去的经验为基础的，并相信过去的经验也适用于没有经验过的事件。再如，我们对未来事件的预测（如“明天太阳会在东方升起”），关于事物性质的一般判断（如“面包是有营养的”）也都是以过去的经验为基础的。我们的推理的前提是：“我们过去关于一些事件的经验也适用于相似的事件”，以及“我们对过去发生的事件的经验也适用于未来发生的事件”。休谟指出，推理因果关系所依赖的前提正是一切经验知识的基础，我们之所以能够做出由此及彼、由近到远、从过去到未来的推理，靠的都是因果推理所依赖的前提。因此，如果企图用经验知识来证明因果关系的前提的有效性和可靠性，至少会犯两个错误：一是循环论证的逻辑错误，即用因果推理建立起来的经验知识反过来证明因果关系的前提。二是超越经验知识范围的错误，因为我们只能经验过去，不能经验过去与未来的联系；只能经验个别事件，不能经验个别与一般的联系；我们不能用经验到的关系来解释不能经验的关系。
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