Hier erreichte die Astronomie eine neue Entwicklungsstufe. Am Anfang wurde zwar noch geglaubt, dass die Erde eine Scheibe sei, aber später setzte sich die Theorie von der Kugelgestalt der Erde durch. Diese Theorie basierte auf den Beobachtungen von Schiffen, wenn sie vom Meer aus Land sahen und auf den Beobachtungen von Mondfinsternissen, wenn der Erdschatten immer kreisförmig auf den Mond fiel.

Ferner beobachtete Aristoteles (384 - 322 v. Chr. ) , dass die Sterne von unterschiedlichen Orten aus unterschiedlich hoch am Himmel standen.
Eratosthenes ( ca. 280 -200 v. Chr. ) ermittelte durch die Bestimmung der Mittagshöhe der Sonne in Alexandria und in Syene den Winkelabstand der beiden Städte von 7 1/7 °. Diese 7 1/7° entsprachen der Entfernung von 5000 Stadien. Da eine Kugel 360° hat, folgerte er den Erdumfang von 252000 Stadien, was ungefähr 39.690 km entspricht.
Anaxagoras ( ca. 500 - 425 v. Chr. ) behauptete, die Sonne sei eine große glühende Kugel und Demokrit fand heraus, dass die Milchstraße aus unzähligen Sternen besteht.

Eine außergewöhnliche Leistung war die Theorie über DIE BEWEGUNG DER PLANETEN. Nach verschiedenen Vorläufern, wurde sie von Hipparch von Nicäa ( ca. 190 - ca. 125 v. Chr. )und Claudius Ptolemäus ( ca. 87 -ca. 170 n. Chr. ) fertig entwickelt. Ptolemäus schrieb in seinem Buch „Megale Syntaxis“ ( von den Arabern auch „Almagest“ genannt ), dass die damals bekannten Planten Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn und der Mond und die Sonne sich auf sieben Sphären um die Erde drehen würden. Das war ein GEOZENTRISCHES SYSTEM. Hinter Saturn befanden sich die Fixsterne. Die Erde stand aber nicht genau im Mittelpunkt der kreisförmigen Planetensphären. Die Planetenbahnen waren also EXZENTRISCHES SYSTEM. Aber nur die sonne und der Mond, die damals auch zu den Planeten gezählt wurden, befanden sich direkt auf ihren Bahnen. Die anderen fünf  Planeten drehten sich in ihrem eigenen Beikreis ( EPIZYKEL ), dessen Mittelpunkt auf dem Hauptkreis    ( DEFERENT ) abrollt. So wurde auch die Schleifenbewegung der Planeten erklärt. Heute wissen wir allerdings, dass es nur von der Erde aus so aussieht, als würden die Planeten sich in einer Schleife um die Sonne drehen, wenn die Erde einen langsameren Planeten überholt und sich dabei um die eigene Achse dreht.

Mit dieser Theorie ließen sich ziemlich genaue Vorausberechnungen aufstellen. Andere Theorien konnten sich allerdings nur schlecht durchsetzten.

Zum Beispiel glaubten Philolaos von Kroton im 5. Jahrhundert vor Christus und Herakleides Pontikos ( ca. 388 - ca. 310 v. Chr. ), dass sich die Planeten ( einschließlich der Sonne ) um ein Zentralfeuer drehen würden, das aber nie gesehen werden könne, weil die bewohnte Seite der Erde immer vom Zentralfeuer abgewandt wäre. Auf der anderen Seite des Zentralfeuers gäbe es sogar eine Gegenerde.

Aristarch von Samos ( ca. 310 - ca. 250 v. Chr. ) entwickelte das HELIOZENTRISCHE SONNENSYSTEM, welches sich bis heute als richtig erwiesen hat: Der Mond dreht sich um die Erde und die Erde ist nur einer von den Planeten, die sich um die Sonne drehen. Allerdings wusste Aristarch damals nichts von den Planeten Uranus, Neptun und Pluto und den verschiedenen Trabanten der anderen Planeten.

Es wurde auch noch das sogenannte ÄGYPTISCHE SYSTEM in welchem die Sonne und der Mond um die Erde kreisen, aber die anderen Planeten alle ihre Bahnen um die Sonne drehen.