哥白尼的主要貢獻(xiàn)是創(chuàng)立了科學(xué)的日心地動說,寫出“自然科學(xué)的獨(dú)立宣言”——《天體運(yùn)行論》.
當(dāng)時的歐洲正處在黑暗的中世紀(jì)的末期.亞里士多德－托勒密的地球中心說早已被基督教會改造成為基督教義的支柱.然而,由于觀測技術(shù)的進(jìn)步,在托勒密的地心體系里必須用八十個左右的均輪和本輪才能獲得同觀測比較相合的結(jié)果,而且這類小輪的數(shù)目還有繼續(xù)增加的趨勢.當(dāng)時一些具有進(jìn)步思想的哲學(xué)家和天文學(xué)家都對這個復(fù)雜的體系感到不滿.哥白尼接受了這種進(jìn)步思想.他在意大利時研究過大量的古希臘哲學(xué)和天文學(xué)著作.他贊成畢達(dá)哥拉斯學(xué)派的治學(xué)精神,主張以簡單的幾何圖形或數(shù)學(xué)關(guān)系來表達(dá)宇宙的規(guī)律.他了解到古希臘人阿利斯塔克等曾有過地球繞太陽轉(zhuǎn)動的學(xué)說,受到很大啟發(fā).哥白尼分析了托勒密體系中的行星運(yùn)動,發(fā)現(xiàn)每個行星都有三種共同的周期運(yùn)動,即:一日一周、一年一周和相當(dāng)于歲差（見歲差和章動）的周期運(yùn)動.他認(rèn)為,如果把這三種運(yùn)動都?xì)w到被托勒密視為靜止不動的地球上,就可消除他的體系里不必要的復(fù)雜性.因此,哥白尼建立起一個新的宇宙體系,即太陽居于宇宙的中心靜止不動,而包括地球在內(nèi)的行星都繞太陽轉(zhuǎn)動的日心體系.離太陽最近的是水星,其次是金星、地球、火星、木星和土星.只有月球繞地球轉(zhuǎn)動.恒星則在離太陽很遠(yuǎn)的一個天球面上靜止不動.哥白尼把統(tǒng)率整個宇宙的支配力量賦予太陽,而各個天體則都有其自然的運(yùn)動.他系統(tǒng)而明晰地批判了地球中心說,并且從物理學(xué)的角度對日心地動說可能遭到的責(zé)難提出了答復(fù).
哥白尼用了“將近四個九年的時間”去測算、校核、修訂他的學(xué)說.他曾寫過一篇《要釋》,簡要地介紹他的學(xué)說.這篇短文曾在他的友人中間手抄流傳.但是,他遲遲不愿將他的主要著作——《天體運(yùn)行論》公開出版.因為,他很了解,他的書一經(jīng)刊布,便會引起各方面的攻擊.批判可能從兩種人那里來：一種人是頑固的哲學(xué)家,他們堅持亞里士多德、托勒密的說法,把地球當(dāng)作宇宙的固定的中心；另一種人是教士,他們會說日心說是離經(jīng)叛道的異端邪說,因為《圣經(jīng)》上明白指出地是靜止不動的.當(dāng)哥白尼終于聽從朋友們的勸告,將他的手稿送去出版時,他想出一個辦法,在書的序中寫明將他的著作大膽地獻(xiàn)給教皇保羅三世.他認(rèn)為,在這位比較開明的教皇的庇護(hù)下,《天體運(yùn)行論》也許可以問世.