在那個“科學成了神學的婢女”的年代，許多學說都被歪曲和閹割了，被用來為封建統治服務。在中世紀的歐洲，很少有人了解古代科學典籍的真實内容。這時，科學工作者的一個重要課科，就是發掘古代的文化遺産。
古希臘的大天文學家托勒密，在公元二世紀時，總結了前人在400年間觀測的成果，寫成《天文集》（即《至大論》）一書，提出“地球是宇宙中心”的學說。這個學說一直為人們所接受，流傳了1400多年。
托勒密認為，地球靜止不動地坐鎮宇宙的中心，所有的天體，包括太陽在内，都圍繞地球運轉。但是，人們在觀測中，發現天體的運作有一種忽前忽後、時快時慢的現象。為了解釋忽前忽後的現象，托勒密說，環繞地球作均衡運動的，并不是天體本身，而是天體運動的圓輪中心。他把環繞地球的圓輪叫做“均輪”，較小的圓輪叫做“本輪”。為了解釋時快時慢的現象，他又在主要的“本輪”之外，增加一些輔助的“本輪”，還采用了“虛輪”的說法，這樣就可以使“本輪”中心的不均衡的運動，從“虛輪”的中心看來仿佛是“均衡”的。托勒密就這樣對古代的觀測資料作出了很精妙的解釋，但是偏離了實際。
在以後的許多世紀裡，大量的觀測資料累積起來了，隻用托勒密的“本輪”不足以解釋天體的運作，這就需要增添數量越來越多的“本輪”。後代的學者緻力于這種“修補”工作，使托勒密的體系變得越來越複雜，每個行星需要不止一個本輪，總數達80個以上的“輪上輪”，并且還要引入“偏心點”和“偏心等距點”等複雜概念。這就使它缺少簡潔性，而簡潔性正是科學家們所追求的。對天文學的研究也就一直停留在這個水準上。
“地球是宇宙的中心”的說法，正好是“神學家的天空”的基礎。中世紀的神學家吹捧托勒密的結論，卻隐瞞了托勒密的方法論：托勒密建立了天才的數學理論，企圖憑人類的智慧，用觀測、演算和推理的方法，去發現天體運作的原因和規律，這正是托勒密學說中富有生命力的部分。是以，盡管托勒密的“地球中心學說”和神學家的宇宙觀不謀而合，但是兩者是有本質差別的：一個是科學上的錯誤結論，可以予以糾正；一個是愚弄人類、妄圖使封建統治萬古不變的彌天大謊。哥白尼對此作出正确的評價，他說：“應該把自己的箭射向托勒密的同一個方向，隻是弓和箭的質料要和他完全兩樣。”
哥白尼曾十分勤奮地鑽研過托勒密的著作。他看出了托勒密的錯誤結論和科學方法之間的沖突。哥白尼正是發現了托勒密的錯誤的根源，才找到了真理。
哥白尼認識到，天文學的發展道路，不應該繼續“修補”托勒密的舊學說，而是要發現宇宙結構的新學說。他打過一個比方：那些站在托勒密立場上的學者，從事個别的、孤立的觀測，拼湊些大小重疊的“本輪”來解釋宇宙的現象，就好像有人東找西尋地撿來四肢和頭顱，把它們描繪下來，結果并不像人，卻像個怪物。
哥白尼早在克拉科夫大學讀書時，就開始考慮地球的運轉的問題。他在後來寫成《天體運作論》的序言裡說過，前人有權虛構圓輪來解釋星空的現象，他也有權嘗試發現一種比圓輪更為妥當的方法，來解釋天體的運作。
哥白尼觀測天體的目的和過去的學者相反。他不是強迫宇宙現象服從“地球中心”學說。哥白尼有一句名言：“現象引導天文學家。”他正是要讓宇宙現象來解答他所提出的問題，要讓觀測到的現象證明一個新創立的學說——“太陽中心”學說。他這種目标明确的觀測，終于促成了天文學的徹底變革。