Khó có thể xác định được số người vô thần trên toàn thế giới. Những người tham gia các cuộc thăm dò ý kiến về tôn giáo và tín ngưỡng có thể định nghĩa khái niệm "vô thần" không giống nhau hoặc có sự phân biệt khác nhau giữa vô thần, các đức tin phi tôn giáo, tôn giáo phi thần và các đức tin tâm linh Ngoài ra, dân chúng ở một số vùng trên thế giới không nhận mình là người vô thần để tránh bị xã hội kì thị, phân biệt đối xử và đàn áp. Một cuộc thăm dò năm 2007 công bố tại từ điển Encyclopædia Britannica cho thấy số người không theo tôn giáo chiếm 11,7% dân số thế giới và số người vô thần chiếm khoảng 2,3%. Các con số này không bao gồm những người theo các tôn giáo vô thần, chẳng hạn một số tín đồ Phật giáo. Một cuộc thăm dò vào tháng 11-12 năm 2006 được công bố tại báo Financial Times đưa ra các tỷ lệ tại Hoa Kỳ và 5 nước châu Âu. Theo đó, tỷ lệ người Mỹ nói rằng mình có một đức tin nào đó vào thượng đế hay đấng tối cao là 73% và cao hơn tỷ lệ tương ứng của châu Âu. Còn đối với những người trưởng thành được thăm dò ý kiến ở châu Âu, nước Ý có tỷ lệ thể hiện đức tin cao nhất (62%), còn Pháp có tỷ lệ thấp nhất (27%). Tại Pháp, 32% tuyên bố mình là người vô thần, ngoài ra còn có 32% khác tuyên bố mình theo thuyết bất khả tri. Một cuộc thăm dò chính thức của Liên minh châu Âu thu được các kết quả tương đồng: 18% dân số EU không tin vào một vị thượng đế nào; 27% chấp nhận sự tồn tại của "sức sống tâm linh" ("spiritual life force") nào đó, trong khi 52% khẳng định đức tin vào một vị thượng đế cụ thể. Tỷ lệ những người có đức tin tăng lên 65% ở những người chỉ đi học đến tuổi 15; trong những người tham gia thăm dò ý kiến, những người nhận là xuất thân từ các gia đình giáo dục nghiêm khắc có tỷ lệ tin vào thượng đế cao hơn những người cho rằng mình xuất thân từ gia đình ít quy củ nghiêm khắc.Một lá thư in trong tạp chí Nature năm 1998 viết về một cuộc thăm dò cho kết quả là: trong các thành viên Viện khoa học quốc gia Hoa Kỳ (National Academy of Science), tỷ lệ người có đức tin vào một vị thượng đế cá thể hoặc lai thế (sự sống sau cái chết) chỉ là 7,0% - mức thấp nhất trong lịch sử, trong khi tỷ lệ này ở dân Mỹ là 85%. Cũng năm đó Frank Sulloway ở Viện Công nghệ Massachusetts và Michael Shermer ở Đại học Tiểu bang California (California State University) thực hiện một nghiên cứu mà kết quả thăm dò người Mỹ trưởng thành "có bằng cấp" (12% có bằng tiến sĩ, 62% tốt nghiệp đại học) cho thấy 64% tin vào Chúa Trời, và có sự tương quan cho thấy đức tin mạnh mẽ vào tôn giáo giảm dần khi học càng cao. Mối tương quan nghịch giữa tôn giáo và trí tuệ đã được thấy ở 39 nghiên cứu khác trong thời gian từ 1927 đến 2002, theo một bài viết tại tạp chí Mensa. Các phát kiến này cũng thuận với siêu - phân tích thống kê năm 1958 của Giáo sư Michael Argyle ở Đại học Oxford. Ông phân tích 7 công trình nghiên cứu đã điều tra mối tương quan giữa thái độ đối với tôn giáo và chỉ số thông minh của các học sinh và sinh viên Mỹ. Tuy tìm thấy một mối tương quan nghịch rõ ràng, phân tích đã không chỉ ra mối quan hệ nhân quả mà ghi nhận rằng các nhân tố như nền tảng gia đình nghiêm khắc và tầng lớp xã hội có thể đã có ảnh hưởng. Trong Điều tra Dân số và Cư trú năm 2006 của Úc, tại câu hỏi về tôn giáo, 18,7% dân số đánh dấu ô "không có tôn giáo" hoặc viết một câu trả lời mà sau đó được xếp vào diện không có tôn giáo. Câu hỏi này không bắt buộc, và có 11,2% dân số không trả lời.
Khó có thể xác định được số người vô thần trên toàn thế giới. Các phát kiến này cũng thuận với siêu - phân tích thống kê năm 1958 của Giáo sư Michael Argyle ở Đại học Oxford.