公元前4～前3世纪希腊文明鼎盛时期，各种宇宙学说相继涌现。埃拉托色尼通过在夏至日正午同时测量位于赛印（今阿斯旺）和亚历山大两地立杆的影长测出了地球的半径，其值与现代精确测量值相比只差20%。阿利斯塔克发明了测量太阳和月亮大小远近的方法和仪器，尽管相当粗糙，他仍然做出了太阳比地球大得多，因而应该位于宇宙中心的判断，最早提出了日心体系。

古希腊的日心说没有发展出能与观测比较的数学模型，逐渐归于沉寂，让位于托勒密的地心体系。地心体系认为太阳和行星都围绕地球运动，托勒密引进本轮、均轮和偏心圆，构建了能与观测比较的数学模型，但无法回答运动源泉的问题。即使在托勒密的体系中，水星和金星两颗内行星的运动也是日心的。

1543年，N.哥白尼划时代著作《天体运行论》出版，重新提出了日心体系。1576年开始，第谷进行了长达20年的系统而精密的天文观测。1609年，伽利略用望远镜观测天体，发现了木星的卫星系统。同年，J.开普勒发表《新天文学》，9年后又发表《世界之和谐》，公布了他研究第谷观测数据发现的三条行星运动定律，为日心体系奠定了坚实的数学基础。1687年，I.牛顿出版《自然哲学的数学原理》，公布了他在开普勒工作基础上发现的万有引力定律和三条运动定律。引力定律回答了运动源泉的疑问，构建了日心体系的物理基础。在数学和运动学上，地心体系与日心体系是等价的。但在动力学上，日心体系能给出运动的原因，地心体系却不能。从此，日心体系取代地心体系成长为完全科学的理论体系，成为人类认识宇宙的第一阶梯。