アリストテレスの運動論では、天体の運動や物体の自由落下は物質の基本的な性質として認めていて、また馬などの具体的な動作主によって生じる運動は説明できたが、一方で放物運動のように慣性によって説明される運動に対しては十分な説明を与えられなかった。アリストテレスの強制的運動には動作主を要するが、放物運動においては物体を取り囲む媒質が動作主となる。放物運動は、物体が媒質を押し退けると押し退けられた媒質がまた物体を押すことで生じるとされた。
アリストテレスはまた、大地は球形であり宇宙の中心で静止していると考えた（地球中心説）。落体の観察から、地上の物質は鉛直方向に自然的運動をする。もし地球が自転ないし公転していたとすると、地球の運動を強制する動作主が必要となり、また地上の物体が必ず鉛直方向に落下することが説明できない。
アリストテレスの運動論では天体と地上の物体は異なる運動法則に従うとし、両者を統一的に扱わなかった。地上での重力は物体そのものの性質と地球中心説によって説明できたが、天体に重力が及ぼされるとは考えなかった。
天体の運動モデルとして、アリストテレスは地球を中心とする天球が一定の向きと速度で回転するモデルを採用した（エウドクソスの同心球モデル）。同心球モデルでは地球と天球上の天体の距離は常に等しいため、地球と惑星と太陽の位置関係による現象、惑星の満ち欠けや明るさの変化を説明できなかった。また、惑星の逆行や留を説明するために複数の天球を導入しなければならなかった。
より観測事実に即したモデルとして、ペルガのアポロニウスやヒッパルコス、クラウディオス・プトレマイオスらによって従円と周転円や離心円とエカントが導入されたが、周転円の中心や離心円モデルにおける従円の中心およびエカントの位置はいずれも地球や他の天体の中心とは一致せず、アリストテレス的な自然哲学とは整合しなかった。