Интерпретировав мир как внешнюю форму существования бога, Ксенофан смог диалектически соединить в своём представлении о боге понятия конечности и бесконечности, ограниченности и беспредельности, неизменности и изменяемости; для многих современников столь смелые диалектические построения Ксенофана оказались чуждыми и непонятными, однако впоследствии сходные идеи стали определяющими в теологии среднего платонизма. Хотя в своих интуициях Ксенофан предвосхитил многие темы античной философской теологии, последовательного рационального объяснения связи единого бога с единым миром он не предложил; именно по этой причине Аристотель с неудовлетворением отмечает, что учение Ксенофана о единстве мира осталось «неясным». В целом философскую теологию Ксенофана исследователи характеризуют как пантеизм, т.е. учение о единстве и божественности всего мира, который, однако, не отождествляется полностью с богом, но воспринимается как постоянная форма существования бога. Поскольку единый бог не растворяется в мире, превосходит его и управляет им, философская теология Ксенофана должна быть признана частным случаем философского монотеизма, а не пантеизмом. Однако монотеизм Ксенофана принципиально отличается от христианского учения о едином Боге, поскольку в учении Ксенофана отсутствуют представления о трансцендентности божества, о личном характере бытия Бога и о первичном творческом акте Бога, полагающем начало всему тварному миру. Важным свидетельством рецепции теологических идей Ксенофана в эллинистической философии исследователи считают посвящённый изложению и критике учения Ксенофана раздел трактата «О Мелиссе, Ксенофане, Горгии». Относительно авторства трактата выдвигались различные гипотезы: первоначально он был приписан Аристотелю и издан под его именем; в XIX–XX вв. были выдвинуты предположения, что его автором является Теофраст, некий другой перипатетик или представитель Мегарской школы; в настоящее время большинство учёных поддерживают мнение, что автор трактата был перипатетиком или скептиком, который хорошо знал платоническую и перипатетическую традиции, в том числе был знаком с изложением учения Ксенофана у Теофраста и в «Строматах» Псевдо-Плутарха. Отличительной особенностью трактата исследователи называют то, что тезисы Ксенофана о природе и свойствах единого бога сопровождаются в нём обосновывающими их логическими и диалектическими аргументами. Среди учёных нет единого мнения по вопросу о том, какие из этих аргументов восходят к самому Ксенофану, а какие отражают более поздние воззрения Парменида, Элейской школы и полемизировавших с элейцами перипатетиков и скептиков. Положительное представление в трактате учения о боге разделяется на несколько смысловых частей: 1) тезис о вечности бога, который доказывается с помощью ссылки на то, что сущее не может возникнуть из не-сущего; 2) тезис о единстве бога, который обосновывается ссылкой на его могущество и превосходство: поскольку божество по своей природе не терпит господства над собой, не может быть многих богов, различающихся по власти и могуществу; 3) тезис о равенстве и подобии всех частей бога; это свойство выводится из утверждения, что части бога не могут находиться в отношениях господства или подчинения; 4) тезис о шарообразности бога, которая понимается в смысле его вездеприсутствия; 5) утверждение, что к богу неприменимы категории конечности и бесконечности, а также движения и неподвижности. Все эти тезисы восходят к учению Ксенофана и согласуются с его сохранившимися высказываниями, однако используемая для их обоснования аргументация по большей части имеет явный постпарменидовский характер.