了解到古希臘人曾有過(guò)地球繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)的學(xué)說(shuō)，他受到很大啟發(fā)。他分析了托勒密體系中的行星運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)每個(gè)行星都有3種共同的周期運(yùn)動(dòng)：一日一周、一年一周和相當(dāng)于歲差的周期運(yùn)動(dòng)。他認(rèn)為，如果把這3種運(yùn)動(dòng)都?xì)w到被托勒密視為靜止不動(dòng)的地球上，就可以消除他的體系里不必要的復(fù)雜性。

因此，哥白尼建立起一個(gè)新的宇宙體系——日心體系，即太陽(yáng)居于宇宙的中心靜止不動(dòng)，而包括地球在內(nèi)的行星都繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)。哥白尼把統(tǒng)率整個(gè)宇宙的支配力量賦予太陽(yáng)，各個(gè)天體則都有其自然的運(yùn)動(dòng)。他系統(tǒng)而明晰地批判了地球中心說(shuō)，并且從物理學(xué)的角度對(duì)日心地動(dòng)說(shuō)可能遭到的責(zé)難提出了答復(fù)。

哥白尼用了“將近4個(gè)9年的時(shí)間”去測(cè)算、校核、修訂他的學(xué)說(shuō)。但是，他遲遲不愿將他的《天體運(yùn)行論》公開(kāi)出版，因?yàn)?，他知道他的書一?jīng)刊布，便會(huì)引起各方面的攻擊。當(dāng)哥白尼終于聽(tīng)從朋友們的勸告，將他的手稿送去出版時(shí)，他想出一個(gè)辦法，在書的序中寫明將他的著作大膽地獻(xiàn)給教皇保羅三世。

《天體運(yùn)行論》還有另外一篇?jiǎng)e人寫的前言。當(dāng)時(shí)哥白尼已重病在身，他輾轉(zhuǎn)委托教士奧塞安德?tīng)柸マk理排印工作。這位教士為使這書能安全發(fā)行，假造了一篇無(wú)署名的前言，說(shuō)書中的理論不過(guò)是為編算星表、預(yù)推行星的位置而想出來(lái)的一種人為的設(shè)計(jì)。這個(gè)“迷眼的沙子”起了很大的作用，在半個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間里，騙過(guò)了許多人。1542年秋，哥白尼因中風(fēng)而半身不遂。1543年，當(dāng)一本印好的《天體運(yùn)行論》送到他的病榻的時(shí)候，他已處于彌留之際了。