Nicolò Copernico, accogliendo l'ipotesi avanzata da Aristarco di Samo nel III secolo a.C., elaborò la teoria eliocentrica dei moti celesti, che espose nel De revolutionibus orbium coelestium, un'opera destinata a produrre conseguenze epocali.

Nel sistema copernicano il Sole è immobile al centro del mondo e attorno ad esso ruotano i pianeti, compresa la Terra. Quest'ultima non è più dunque immobile al centro dell'universo, ma compie una rivoluzione attorno al Sole in un anno e una rotazione sul proprio asse in 24 ore.

Per Copernico, il moto diurno degli astri da est ad ovest è dunque apparente, essendo generato dal moto di rotazione terrestre in senso contrario; anche il moto annuo del Sole lungo l'eclittica è apparente, dato che è in realtà prodotto dal moto di rivoluzione terrestre. Infine, anche il moto retrogrado dei pianeti è apparente. Gli antichi, infatti, assumendo la Terra immobile, ritenevano che ciascun pianeta si muovesse su un cerchio, detto epiciclo, il cui centro, a sua volta, si muoveva attorno alla Terra su un cerchio più grande, detto deferente. Nel sistema copernicano, invece, entrambi i moti si sviluppano attorno al Sole, ma uno solo di essi appartiene al pianeta, mentre l'altro è costituito dal moto terrestre di rivoluzione. La composizione dei due moti genera l'apparente retrocessione dell'astro.

Copernico, come i suoi predecessori, credeva all'esistenza di orbi solidi cristallini su cui i pianeti sarebbero stati incastonati. Inoltre, egli rimase fedele all'assioma della circolarità e uniformità dei moti celesti e dovette pertanto adottare complesse combinazioni di cerchi, che rendevano il suo sistema tecnicamente non meno complesso di quello tolemaico. Nel suo insieme, tuttavia, la sua nuova concezione sembrava finalmente mostrare la perfetta armonia del cosmo: sei pianeti che ruotano attorno al Sole tutti e sempre nella stessa direzione.