在人们探讨地球、太阳及行星的运动问题上，古希腊的伟大学者亚里士多德首先提出了地球是宇宙中心的学说。他主张地球是球形的，因为球形是最完美的图形，是唯一能在自身所占据的空间范围内作任何方向的旋转的图形。亚里士多德并进一步列举月食的成因，向北向南微小的迁移所看到的天空等事实来证明地球的球形，他还运用他的运动学理论来论证地球的形状只能是球形，并估计了地球的大小。亚里士多德进一步认为，地球是不动的宇宙中心。他解释说，既然地球上所有的重物都要落向地心，那么地球所在的位置必定是宇宙的中心，否则地球就要向宇宙的中心运动了，地球上的各种物体将如何运动也就很难想象了。他认为天体的自然运动是圆周运动，因为地球处于宇宙的中心，所以地球必然是静止不动的。
为了解释天体的运动，亚里士多德以地球为中心，把宇宙分为九个等距的层次，分别有月亮、水星、金星、太阳、火星、木星、土星和恒天星，第九层是一个原动天，它是第一推动力。从这里可看出，亚里士多德所追求的是一种完美、和谐的理论，因为在他看来，宇宙应当是完美和谐的。他从美的观点出发建立一个宇宙体系，然后再尽量用逻辑来证明。
古希腊天文学家托勒密一方面继承了亚里士多德的地心说，另一方面把它加以发展和完善。他也认为，地球是宇宙的中央，所有的重物都朝着它运动。他吸收了当时的一些新的思想，用圆周体系来代替天球层体系，从而克服了亚里士多德体系所无法解决的一些困难，把地心说推向了一个新阶段。托勒密主张地球是静止不动的，并对阿利斯塔克的日心说提出了批评。他从太阳的升落、物体的下落、天上的浮云的飘动、鸟的飞行等观察到的事实来证实他的地球静止的观点。他提出本轮、均轮等重要概念来解释行星视运动的不规则性，使地心说具有更强的生命力。由于托勒密对地心说的发展与完善，再加上人们认识上的原因以及教会的支持，使地心说在天文学界统治了将近15个世纪。
随着科学的不断发展，托勒密地心说的错误日益暴露出来，这就客观上要求用新的理论体系来代替它。16世纪中叶，当年阿利斯塔克所埋下的火种，终于通过波兰天文学家哥白尼之手而燃烧成熊熊烈火，从而揭开了近代自然科学的序幕。
哥白尼在大学学习期间就对托勒密的地心说产生了怀疑，他认为地球静止不动的观点是不能成立的，人们总习惯于把自己看作是世界的中心，这也是一种偏见。他说，托勒密由于没有区别现象和本质，而将假象视为真实。由于感觉不到地球的自转，以致只感觉到太阳每天从东方升起而在西方下落。这正像人们坐在大船上行驶时，往往感觉不到船在运动，而只见到岸上的东西往后移动一样。
同样，太阳绕地球转是假相，地球围绕太阳转才是真相。哥白尼为了彻底搞清楚行星的运动问题，他在弗洛恩堡一所教堂的阁楼上对天象进行了30年艰苦观测。哥白尼当时的天文观测条件很差，弗洛恩堡的纬度偏北，靠近海洋、空气潮湿、仪器简陋等。而且过去的观测资料几经传抄，错误很多，有些数据甚至是伪造的。但哥白尼不畏困难，持之以恒，30年后终于取得了可观的数据，为他创立日心说提供了比较丰富、可靠的观测资料。经过哥白尼一生的努力，终于在1512年写成了初稿，1543年终于出版了天文学的不朽巨著《天体运行论》，这一科学巨著被恩格斯称为“自然科学的独立宣言”，“从此自然科学便开始从神学中解放出来……科学的发展从此便大踏步地前进。”
哥白尼在《天体运行论》中，明确地把地球从宇宙中心的位置排除出去，把它降为普通行星的一员。他认为，地球的自身有三种运动，一是自西向东绕轴昼夜自转，二是地球在金星与火星轨道间的黄道上从西向东运行，三是倾斜面的运动，即赤道面或自转轴相对于日-地联线的运动。哥白尼正是依据地球的这三种运动与各个天体固有的自身运动，简单而统一地解释了从地面上观察到的天体的周日旋转、太阳与月亮运动的快慢变化、五大行星运行中的逆行等复杂现象，并创建了一个以太阳为中心的宇宙结构体系。
哥白尼的日心说比托勒密的地心说具有内在的简单性和和谐性，而且它表述了运动的相对性思想，为理解行星的运动开辟了一条新的途径——动力学的途径。哥白尼的“日心地动”体系启发了开普勒去发现行星运动的真实规律，为牛顿力学的完成奠定了基础。
