在休谟看来，所有的人类知觉内容可以被划入到两个范畴：来自于直接经验感受的“印象”，以及根据临摹原则形成的“观念”。前者是后者的充分和必要条件，人类所有的认知内容，说到底都来源于经验感受。同时，观念和观念之间通过相似关系，时间或空间中的接近关系，以及因果关系产生关联。这些关联是我们心灵的习惯，也是人类认知的基本事实。
休谟对三种心灵习惯里面最重要的“因果关系”，有其特殊认识，他对于因果关系的讨论，以及和这个问题密切相关的对“归纳法”的讨论，是休谟经验主义认识论里面最有特色的部分，也是他的哲学最具有批判力度的部分。
我们都知道，因果关系是人类理解世界的一个至关重要的思维手段，我们几乎无时无刻不在使用着“因为……所以……”这样的语言，比如因为温度升高，金属的体积会膨胀；或者因为摄入大量的盐，所以人会脱水。这些说法在两个事件之间建立起了因果关系，让前者成为后者的解释。我们可以说，整个人类的科学知识都是一种因果关系的表达。
那么，因果关系所反应的观念之间的联结，是不是像我们认为的那么具有必然性呢？休谟认为，当然不是。因果关系所把握的知识是一种“或然性的知识”，也就是说这种关系永远带着可能性和不确定性。因为这种知识的获得总是与“归纳”有关，我们看到了事物之间具有稳定的在时间或空间上的前后相继，于是得出了“导致”或“原因”的观念。但是不管这些事物在之前多么稳定地出现了多少次，也还是不能100%地保证，下次出现依然如此。
归纳法就是要从个别的事物，上升到普遍的事物，但是从逻辑上讲，“个别”与“普遍”之间存在着一个无法跨越的巨大鸿沟。就好像我们看到了99只白天鹅之后，也还是不能确定第100只天鹅会不会是“黑天鹅”。基于个别的现象，我们最多只能说普遍“或许是这样的”“很可能是这样的”。即便是“盐吃多了会导致脱水”，甚至“太阳明天会照常升起”这种看起来可能性极高的命题，也只是或然性的命题，有人可能会对盐的脱水效果免疫，太阳有可能会在明天毁灭，虽然这种概率极小，但是在理论上不可能彻底排除。严格地说，因果推理不能帮助我们必然地预见到结果，而只能帮助我们合理地预期某一个结果的发生。我们不可能像说2+2=4那样确定地说“太阳明天一定会照常升起”，而只能说“太阳明天很可能会照常升起”。
到这里我们就看到了，如果把前面一部分讲到的休谟的经验主义认识论贯彻到底，那么我们就必须承认，我们每天都在使用的“因果关系”其实并不是事物和事物之间一种客观存在的必然关系，而只是人的心灵习惯性地用“原因”这样的观念，给其他观念建立联系。但是这种做法深深地植根在人的本性之中，既自然而然又根深蒂固，于是我们就会误认为它反映了一种客观存在的关系。
现代科学是建立在经验观察和归纳推理基础上的，是基于经验观察的因果推理。因果推理反映的仅仅是人类在处理经验观察时的习惯做法，而并不反映事件之间的必然关联，科学知识永远不可能是确定有效的。这就是休谟为后世哲学家留下两个著名难题，归纳法问题和因果关系问题。
他通过自己的实验哲学方法，得出的这些彻底的经验主义结论，非常令人惊讶，也产生了非常深远的影响。后来人，还用他的这套经验主义，考察了很多重要的哲学和神学概念，比如自由、理性、道德、上帝、奇迹等等。这些考察，每一个都极大地挑战了长久以来在哲学史占据显要地位的概念，从根本上动摇了传统哲学对这些概念的处理，为它们提供了和前人截然不同的解读。可以说，他的经验主义所到之处，无不引起一片哗然。比如“一个人的持续存在或者说同一性是可疑的”“必然性与自由之间完全没有矛盾”“灵魂的存在缺乏有效的证据”等等振聋发聩的论点。无论是休谟自己还是后来的哲学家，都给他的这种认识论贴上了“怀疑主义”的标签，因为按照他的逻辑，休谟几乎可以怀疑一切人类知识，甚至怀疑外部世界的存在。