Premiärministern sade att han uppskattade att människor var "desillusionerade" med EU och att han "absolut förstod och tog emot budskapet".
Han berättade för BBC att endast konservativa erbjöd en folkomröstning om Storbritanniens medlemskap.
BBC: s Nick Robinson sade detta "enkelt meddelande" ingjutit förtroende för många inom partiet.
UKIP fick 23 parlamentsledamöter, och Tories hade 19, som ligger bakom Labour som har 20. Den konservativa andelen av omröstningen var 23,9 %, efter Labour på 25,4 % och UKIP på 27,5 %.
Vissa konservativa parlamentsledamöter har uttryckt bestörtning över föreställningen och David Cameron sade att han var "nedslagen" för de parlamentsledamöter - inklusive dess tidigare ledare i Bryssel Martin Callanan - som förlorade sina platser.
Men han sade att omröstningen stärkte hans övertygelse om att Förenade kungarikets förbindelser med EU måste förändras.
"Jag tar ett mycket tydligt budskap från valet. Människor är djupt desillusionerade med EU. De tycker inte att de nuvarande arrangemangen fungerar tillräckligt bra för Storbritannien och de vill ha förändring.
"Jag skulle säga att budskapet är absolut mottaget och förstått."
Medan han var en instinktiv "redigerare" som i folkomröstningen skulle "ge det brittiska folket valet att stanna eller gå", stödde Labour "status quo" i Europa och Lib Dems ville inte ha någon förändring.
David Cameron avvisade förslag om att UKIP:s seger var en snobb för Westminster-eliten i allmänhet och för Farages olika kampanjstil, och sade att UKIP-ledaren var en "fullbordad politiker" som redan diskuterade taktik för 2015 års allmänna val.
Han avfärdade återigen alla tal om pakter inför valet, antingen på nationell nivå eller på valkretsnivå, och sade att han var "100 %" inriktad på att ge en direkt konservativ seger.
Han sade att Labour hade fått en lägre andel av rösterna i 2004 års Europaval och lyckades bekvämt vinna ett allmänt val året efter.
"Det är möjligt att vinna härifrån", sade han. "Vi måste bara ha ett verkligt fokus på vad som verkligen är viktigt som är att slutföra vår ekonomiska plan och vända vårt land runt."
Utrikesminister William Hague sade att uppkomsten av EU-skeptiska partier bör tjäna som en väckarklocka för europeiska politiker.
UKIP:s stöd skulle bytas ut inför nästa års allmänna val, berättade han för BBC News. "De kan ha en gratis hit, de kan ha en röst som inte har konsekvenserna av att föra in fel regering," sade han.
"Så det är väldigt annorlunda mot ett allmänt val."
Men backbencher Bernard Jenkin skrev på Twitter: "Några av oss som motsatte sig Maastricht för 20 år sedan förutspådde att det skulle leda till att högern växte i EU: och här är vi."
Och Clacton MP Douglas Carswell tillade: "Så kanske de av oss som ibland bankade på om Europa var på något?"
De europeiska valresultaten kommer bara några dagar efter det att det konservativa partiet förlorade mer än 200 platser i lokala val, vilket fick ministrarna att lova hårdare stopp för invandringen.
Home Secretary Theresa May sade att de överväger att deportera människor som kom till Storbritannien för att arbeta, men som inte kunde hitta ett jobb efter sex månader.
Hon ansåg att det är viktigt att EU:s politik för att bekämpa fattigdom och social utslagning genomförs i enlighet med EU:s strategi för hållbar utveckling.
Konservativ partiordförande Grant Shapps sade att valresultatet var "ett kommando för Storbritannien att få en bättre uppgörelse" i Europa - men han avvisade uppmaningar från Tory Grandee David Davis att lägga fram en föreslagen EU-omröstning till 2016, att säga förhandlingar om detta inte kunde påskyndas.
David Cameron har insisterat på att de konservativa ska kunna vinna nästa allmänna val trots att de har drivits in på tredje plats i valet till Europaparlamentet.