希腊哲学家们认为，永恒的、神圣的天体只能相应于其高贵的地位作匀速圆周运动。但少数天体，如太阳，月亮和一些行星的视运动却并不如此，甚至还描绘出复杂的双纽线轨迹。柏拉图给他的学生们提出了一个任务：怎样用若干个特殊的匀速圆周运动的组合，去解决理想情况与现实的这个矛盾。这里所提出的运动的合成和分解的思想，对后来物理学研究方法的发展起了启示性的作用。

柏拉图的学生，克尼道斯的欧多克斯(Eudoxus of Cnidos)约前409一前355)第一个致力于建立一个宇宙的几何模型。他违背了柏拉图不作观测的规定，通过天文观测为他的几何模型提供实际根据。他吸收了巴比伦人把天上复杂的周期运动分解为若干个简单周期运动的思想，共用二十七个以地球为中心的同心球壳解释了附着于球壳上的天体的视运动。

最外面的一个球层(遥远的恒星天球)描述了天界的周日运动。行星的视运动很不规则，所以每个行星需用四个相互关联的同心球壳的联合旋转来作出说明。太阳和月亮的运动各用三个球壳说明．较里面的球壳的旋转轴安装在较外面的球壳上，所以必然参与外面球壳的运动。

进一步的观测发现另外的周期现象。欧多克斯的学生卡里普斯(Callipus)给每个天体又加上一个新的球壳，使总数达到三十四个。亚里士多德又进一步增加了二十二个，使球壳总数达五十六个，这二十二个是“不转动的球层’，这是为了避免每个天球把自己特有的转动都直接传给它内层的天体，这就需要在载有行星的每一组球层之间插进若干“不转动的球层”，它们和外面的球层作相反方向的运动，从而抵消了外球层的运动，只把周日运动传给内层的行星。

同心球层体系一开始就招致了某些困难，因为它要求天体永远和地球保持同一距离。但行星亮度的变化以及日食有时是全食、有时是环食的现象说明，行星，太阳，月亮离地球的距离是不断变动的。

为了摆脱这一困难，柏加的阿波罗尼阿斯(Apollonius of Perga，约前247--约前205)提出了另一种几何模型，他的模型中只有天体的轨道，而无实体的同心球，这是一个很大的进步。为了解释太阳和月亮与地球间的距离的变化，他设计了偏心轮——地球在天体圆轨道中心的一旁，为了解释行星的逆行现象，他提出了“本轮—均轮”结构——行星沿本轮怍圆周运动，本轮的中心又在另一均轮圆周上以地球为中心运行。

这个思想后来又为罗德斯岛上的希帕克斯(Hipparrchus,约前161——约前126)所发展。他用一个固定的偏心轮解释太阳的表观运动，用一个移动的偏心轮解释月亮的表观运动，而行星的运动则用一套本轮一均轮来解释。

他的模型与实际符合得较好。希帕克斯收集和比较了古人的观测记录，从而发现了分点岁差为36''(实际约为50'')。他测定丁约一千零八十颗恒星方位，编制了星表。他把恒显的亮度分为六等。他通过观测月孔在两个不同纬度的平纬度，确定月亮离地球的距离约为地球直径的三十六倍，月亮直径为地球直径的三分之一(实际分别为三十倍和零点二七)。这些成就表明，当时的天文学已达到相当高的水平。

由此可知，日心地动说的思想在古希腊也已明确地提出来。如前所述，毕达哥拉斯学派提出了地球绕“中央火”运动的思想，其他人也提出过无数世界的观点，都认为地球是运动的。赫拉克利特曾就水星和金星从不远离太阳的事实，设想它们沿圆轨道绕日运转，并产生亮度变化。