הוגים יוונים הראשונים פיתחו את הגיאומטריה, כך שהצליחו להבחין בין גודל נראה של מקור אור לבין גודלו האמיתי. כלים אלה שימשו כדי לקבוע את מקומו של כדור הארץ ביקום. אריסטו (384-322 לפנה"ס) היה הפילוסוף היווני המפורסם בעל השפעה נרחבת בימיו ולאורך אלפי שנים לאחר תקופתו. הוא ייסד בית ספר יחודי בליציאום, ליד אתונה, שכלל ספריה, גן חיות וציוד מחקר. אריסטו שהיה המורה של אלכסנדר הגדול, זכה לתמיכה נרחבת מתלמידו שעלה לגדולה ושלט על יוון וכבש חלקים נרחבים מהארצות סביב אגן הים התיכון. אריסטו הפעיל את מוחו המזהיר בתחומים רבים. הוא פיתח את כללי הלוגיקה שהם הבסיס לשיטה המדעית. הוא כתב ספרים על בוטניקה, אנטומיה, כלכלה, פוליטיקה ומטאורולוגיה. הוא גם אחראי על מודל קוסמולוגי שהיה מקובל במשך אלפיים שנה, אף על פי שמודל זה היה מוטעה!
אריסטו ועמיתיו ערכו כמה תצפיות חדשות. למעשה, הם היו מודעים בצורה מכאיבה למגבלות החושים האנושיים. הם האמינו שניתן להבין את היקום בכוח ההיגיון בלבד. היה זה רעיון נועז באמת. ניתן להתרשם עד כמה היה הרעיון הזה מרחיק לכת בהשוואה לרעיון הישן לפיו בני האדם כפופים לכוחות קפריזיים על טבעיים. מטרתם של הפילוסופים הייתה לאחד את המגוון של עולם הטבע באמצעות כמה רעיונות אלגנטיים.
לדוגמה, דמוקריטוס דמיין תהליך של חלוקת גרגר חול לחצי שוב ושוב. הוא הניח שזה לא יכול להימשך לנצח, וחייבת להיות יחידה זעירה של חומר, הרבה יותר קטנה ממה שהעין יכולה לראות. תהליך החלוקה הזה הוביל לרעיון של קיום האטום – חלקיק זעיר בלתי ניתן לחלוקה. אמפדוקלס העריך שהטבע מורכב מארבעה חומרים ראשוניים בלבד: אדמה, מים, אש ואוויר. הוא הציע שכל החומר בעולם מורכב משילובים של ארבעת החומרים האלה. היה זה הבסיס לרעיון היסודות מהם בנוי היקום. ליוונים לא היו כלים להבין את העולם המיקרוסקופי של האטום, אבל הדרך שבה יישמו חשיבה הגיונית תוך מימוש רצונם לבנות מודלים פשטים, הבילה אותם לכמה רעיונות מודרניים נפלאים.
לקוסמולוגיה של אריסטו היו כמה תכונות חיוניות. כדור הארץ היה בעל צורה כדורית. אריסטו אימץ את גישתו של פיתגורס, לפיה הכדור הוא בעל הצורה המושלמת ביותר. הוא היה מודע גם לראיות חזקות שנאספו על צורת הצל של כדור הארץ במהלך ליקוי ירח. לפי המודל האריסטוטלי כדור הארץ היה נייח. אריסטו פעל לפי השכל הישר, הרי איננו מרגישים בחיינו את תנועת כדור הארץ או את השפעתו על גופים הנופלים נפילה חופשית. לגישה האריסטוטלית אנו קוראים קוסמולוגיה גיאוצנטרית או קוסמולוגיה הממוקדת בכדור הארץ, שבה כל הגופים השמימיים האחרים מסתובבים סביב כדור הארץ במסלולים מעגליים. אריסטו שאל את הרעיון של קליפות כדוריות שקופות מאודוקוס. השמש, הירח וכל כוכבי הלכת נעים באמצעות קליפה כדורית שקופה. קליפות אלה מקוננות כמו קבוצה של בובות רוסיות – בבושקה. הכדור החיצוני, שנשא את כל הכוכבים, הניע את שאר הקליפות השקופות שנמצאו בתוכו.
השקפה חלופית הגיעה מאריסטרכוס (310-250 לפנה"ס), שחיה באי סאמוס מול חופי תורכיה. אריסטרכוס חי זמן מה אחרי אריסטו, הוא הציע באומץ כי כדור הארץ וכוכבי הלכת מקיפים את השמש. זוהי קוסמולוגיה הליוצנטרית. מעטים מכתביו שרדו, אבל מחברים יווניים אחרים תיארו את עמדתיו. חישבו על האירוניה כי אריסטרכוס הצליח למדוד את המרחקים היחסיים שבין כדור הארץ, הירח והשמש. אך 1,000 שנים מאוחר יותר, אזרחים רבים של בתקופה החשוכה של אירופה עדיין חשבו שכדור הארץ שטוח! עובדה זו מעלה נקודה חשובה. מדוע, בהיסטוריה של המדע, לא תמיד הרעיונות הנכונים מנצחים? בדרך כלל, הדבר קשור למחסור בראיות משכנעות. חסידיו של אריסטרכוס לא יכלו להוכיח כי ההשערה שלו שכדור הארץ נע במסלולו היא נכונה. חסידיו של אריסטו לא יכלו להוכיח שאדמה ניצבת חסרת תנועה. אריסטו טען כי אם כדור הארץ הוא באמת נע במהירות בחלל, אנחנו צריכים לזהות את התנועה שלו. הסבר זה נחשב לטיעון חזק.
אנו יכולים לזהות סיבה פסיכולוגית רבת עוצמה מדוע להעדיף את הקוסמולוגיה הגיאוצנטרית. בני אדם חכמים דיים כדי לבחון את מקומנו ביקום. הפילוסופים היוונים היו משוכנעים כי בני האדם הם פסגת הבריאה. לכן, הם חייבים להימצא במרכז היקום. היה זה בלתי מתקבל על הדעת עבורם להדיח את כדור הארץ ממעמדו המרכזי רק מפני שגוף נוסף נע בחלל. קיימת התנגדות טבעית בקרב בני האדם לעקירת כדור הארץ מעמדו המרכזי במערכת הקוסמולוגית. גילוי מקומו האמיתי של כדור הארץ ביקום העצום, הוא סיפור שהתפתח לאורך ההיסטוריה של האסטרונומיה.