Nicolás Copérnico publicó un modelo del Universo en el que el Sol (y no la Tierra) estaba en el centro. 
La teoría de Copérnico establecía que la Tierra giraba sobre sí misma una vez al día, y que una vez al año daba una vuelta completa alrededor del Sol. Además afirmaba que la Tierra, en su movimiento rotatorio, se inclinaba sobre su eje (como un trompo). Sin embargo, aún mantenía algunos principios de la antigua cosmología, como la idea de las esferas dentro de las cuales se encontraban los planetas y la esfera exterior donde estaban inmóviles las estrellas.

Construyó su primer telescopio, que inmediatamente utilizó para la observación astronómica.
Lo primero que observó es que la Luna tiene valles y montañas, cuya altura calculó a partir su sombra sobre la superficie lunar. Era tan parecida a la Tierra que a partir de estas observaciones muchos pensaron que la Luna podría ser un lugar con vida. 
También descubre que Júpiter tiene satélites que obedecen las dos leyes de Kepler que entonces ya se conocían.
En el verano de 1612, Galileo observó, con ayuda de su telescopio en modo de proyección, la presencia y evolución de las manchas solares, que contradecían la inmutabilidad del mismo. 
Uno de sus principales descubrimientos es el de la rotación del Sol, también en contradicción con los principios de perfección e inmutabilidad de los objetos celestes de Aristóteles. 
Descubre, además, que Venus tiene fases, como la Luna. Además de las fases se observa una enorme disminución del tamaño y del brillo, cuya única explicación está en la variación de la distancia Tierra- Venus, mucho mayor que la que se deriva del modelo de Ptolomeo.
Asimismo la forma en que aparecían las fases solo se podían explicar desde el modelo de Copérnico, ya que si se consideraba la Tierra en el centro, las correspondientes fases eran completamente diferentes a las observadas.
Con las aportaciones de Kepler y Galileo, se establece el nuevo modelo de universo: Un sistema heliocéntrico con órbitas elípticas que siguen las dos primeras leyes de Kepler, y a las distancias correctas del Sol fijadas por la tercera ley que las relaciona con los periodos de revolución (giro) alrededor del Sol.

Corrobora la hipótesis de Copérnico, manteniendo el modelo. Pero corrige mediante cálculos complejos que los planetas viajaban en órbitas elípticas y no circulares, y a medida que los planetas se acercan al sol en su órbita, aumenta su rapidez. 

Propone la Ley Gravitacional del Universo en la que describe la gravedad como una fuerza con la que se atraen entre sí todos los cuerpos del Universo. 
Le permite explicar la órbita de todos los cometas y la forma de la Tierra, calcular la masa del sol y de los planetas , determina la influencia de la luna y el sol en las mareas.
 

En cuanto a astronomía planteo tres paradigmas:
-Los planetas, el Sol, la Luna y las estrellas se mueven en órbitas circulares perfectas.
-La velocidad de los astros es perfectamente uniforme.
-La Tierra se encuentra en el centro exacto de los cuerpos celestes.

Fue reconocido y seguido por sus discípulos Platón y Sócrates, y significaron el punto de partida de las teorías geocéntricas. También reconoció que la órbita de la Luna estaba inclinada y que Venus es la misma estrella de las mañanas y tardes. 

Desde el siglo IV a.C. datan las primeras teorías cosmológicas, centradas en los pueblos mesopotámicos, los cuales consideraban que la Tierra era el centro del Universo, y que eran los demás cuerpos celestes los que giraban alrededor de ella. Algunos clásicos como Aristóteles, defendían esta teoría.

Según este filósofo  la Tierra debe estar necesariamente en reposo ya que, si rotara sobre su eje, las distintas porciones de la Tierra realizarían un movimiento circular. Pero ese movimiento no sería “natural” debido a que los cuerpos pesados van hacia abajo. Por lo tanto, tal movimiento no podría ser eterno... 

La Tierra estaba inmóvil en el centro del universo con el Sol, la Luna y los astros del firmamento girando en círculos alrededor de ella (Capel y Urteaga, 1984; Unwin, 1995). 
La teoría geocéntrica no lograba explicar algunas observaciones (retrogradación, variación del tamaño y de la luminosidad de ciertos planetas). Hiparco (~ 150 a.C.) y Ptolomeo (~ 130 d.C.) establecieron un complicado sistema de órbitas compuestas de "deferentes" y "epiciclos" alrededor de los cuales los planetas debían desplazarse. En periodos cuidadosamente elegidos, este sistema justificaba los movimientos retrógrados y elípticos. Hubo que esperar hasta Copérnico (1543) para que esta teoría fuera descartada y sustituida por la teoría heliocéntrica