Takket være sin onkel Lukas begynte Kopernikus å studere jus i Bologna i 1496, og der møtte han astronomen Domenico Maria Novara. Under hans innflytelse begynte Kopernikus å undersøke uoverensstemmelsene i teorien om månens bevegelse, først beskrevet av Klaudios Ptolemaios, hvis utgangspunkt lå i den geosentriske teorien. 9. mars 1497 gjennomførte han i Bologna en observasjon av Aldebaran, den mest lyssterke stjernen i stjernebildet Tyren, en observasjon som bare styrket tvilen. 20. oktober 1497 overtok han det ermlandske kanoniet, men forble i Italia. I 1500 gjennomførte han sammen med broren Andreas Kopernikus sin juridiske praksis i det pavelige kanselliet i Roma, og gav også en rekke private forelesninger, der han undergravde datidens matematiske forutsetninger for astronomien.