在1515年前，哥白尼(点击打开查看哥白尼简介与生平)为阐述自己关于天体运动学说的基本思想撰写了篇题为《浅说》的论文，他认为天体运动必须满足以下几点：不存在一个所有天体轨道或天体的共同的中心。地球只是引力中心和月球轨道的中心并不是宇宙的中心。所有天体都绕太阳运转，宇宙的中心在太阳附近。日地距离同天穹高度之比，就如同地球半径同日地距离之比一样渺小。地球到太阳的距离同天穹高度之比是微不足道的。在天空中看到的任何运动，都是地球运动引起的。在空中看到的太阳运动的一切现象，都不是它本身运动产生的，而是地球运动引起的。地球带着大气层,象其他行星一样围绕太阳旋转。由此可见，地球同时进行几种运动。人们看到的行星向前和向后运动，是由于地球运动引起的。地球的运动足以解释人们在空中见到的各种现象了。此外，哥白尼还描述了太阳、月球、三颗外行星（土星、木星和火星）和两颗内行星（金星、水星）的视运动。书中，哥白尼批判了托勒密的理论。科学地阐明了天体运行的现象，推翻了长期以来居于统治地位的地心说，并从根本上否定了基督教关于上帝创造一切的谬论，从而实现了天文学中的根本变革。但是哥白尼认识到《浅说》中的论断是假设的方式提出的，且他的模型所用数据并非亲自观测得出，放缺乏可信度。1515年，哥白尼便开始着手准备撰写《天体运行论》这一更为完整的论著。十几年来，哥白尼进行了大量的天文观测，收集了大批资料，终于在1533年完成了这部巨著的初稿，随后，他又长期进行观测、验证、修改，使得他的宇宙体系更具说服力，成为一种科学理论。《天体运行论》的第一卷是全书的精髓，先后论述了“宇宙是球形”、“大地也是球形”、“天体的运动是均匀永恒之圆运动或复合运动”。哥白尼说，“天体的这种旋转运动对于球来说是固有的性质，它反映了球形的特点。球这种形状的特点是简单、没有起点、也没有终点，旋转时不能将各部分相区别。而且球体形状也正是旋转作用本身造成的。”
《天体运行论》于1543年在德国纽伦堡用拉丁文出版。原稿无书名，由出版者命名为 《论天体旋转的六卷集》，后人简称《天体运行论》，四百多年来这部著作已被译为多种语言 在世界各国出版。全书共六卷。第一卷为宇宙论，简述了整个宇宙的结构，是全书的精髓。这一卷分四章，先后论述 了“宇宙是球形”、“大地也是球形”、“天体的运动是均匀永恒之圆运动或复合运动”。哥白 尼说，“天体的这种旋转运动对于球来说是固有的性质，它反映了球形的特点。球这种形状的特点是简单、没有起点、也没有终点，旋转时不能将各部分相区别。而且球体形状也正是旋转作用本身造成的。”第二卷运用三角学论证天体运行的基本规律，其中哥白尼首创了平面三角和球面三角的演算方法；第三卷为恒星表；第四卷叙述了地球绕轴运行和周年运行；第五卷阐述了地球的卫星月球；第六卷是关于行星运行的理论。哥白尼在《天体运行论》中还详细讲解了地球的三种运动（自转、公转、赤纬运动）所引起的一系列现象一一岁差现象、月球运动、行星运动的规律及金星、水星的纬度偏离和轨道平面的倾角。《天体运行论》的诞生使当时所知道的太阳系内天体的位置和运状况更为完整了。哥白尼分析了托勒密体系中的行星运动，发现每个行星都有三种共同的周期运动，一日一周、一年一周和相当于岁差的周期运动。他认为，若把这三种运动都归到被托勒密视为静止不动的地球上，就可消除他的体系里不必要的复杂性。因此，哥白尼建立起一个新的宇宙体系，即太阳居于宇宙的中心静止不动，而包括地球在内的行星都绕太阳转动的“日心体系”。离太阳最近的是水星，其次是金星、地球、火星、木星和土星。只有月球绕地球转动。恒星则在离太阳很远的一个天球面上静止不动。哥白尼把统率整个宇宙的支配力量赋予太阳，而各个天体则都有其自然的运动。他系统而明晰地批判了地球中心说，而且从物理学的角度对日心地动说可能遭到的责难提出了答复。
《天体运行论》是一部长达6卷的巨著。第一卷论太阳居宇宙的中心，地球和其他行星都绕太阳运行。第二卷论地球的自转，指出地球是绕太阳运转的一颗普通行星，它一方面以地轴为中心自转，一方面又循着它自己的轨道绕太阳公转。第三卷论岁差，即地球自转轴的运行使春分点沿黄道向西缓慢运行，其速度每年为50.2角秒。第四卷论月球的运行和日月食。第五卷、六卷论水星、金星、火星、木星和土星五大行星。从内容来说，主要有以下几点：地球是运动的。它并非是一个静止天体，也并非在宇宙中心。它只是个普通行星，一面自西向东自转，一面又围绕太阳这个中心天体做公转运动，因此地球上才有每日昼夜以及一年四季的更替。月亮是地球的卫星。哥白尼认为月亮离地球最近，并且是不可分开的，有如侍卫一样。地球带着月亮，沿着固定轨道绕着太阳运行。太阳是宇宙的中心。也就是此书中的“太阳中心说”。哥白尼认为太阳是宇宙之灯、宇宙之心。地球连同水、金、火、木、土等行星都是绕着太阳运转。天体的排列有一定的顺序，而天体的运动也有一定规律的。按照哥白尼的结论，已发现的五大行星中，水星离太阳最近，土星离太阳最远，而比这个更要远的就是恒星天球，这个恒星天球在所有行星最外边的“天层”。这“天层”包罗一切，只有这个才是不动的。这就完整地提出了太阳结构的理论———太阳中心学说：太阳居于宇宙的中心静止不动，而包括地球在内的行星都绕太阳转动。离太阳最近的是水星，其次是金星、地球、火星、木星和土星。只有月球绕地球转动。恒星则在离太阳很远的一个天球上静止不动。
