Thuyết nhật tâm
Sự phát triển của thuyết nhật tâm > Hy Lạp cổ đại

Ở thế kỷ thứ 4 TCN, trong Chương 13 Quyển hai bộ Về bầu trời Lưu trữ 2005-03-14 tại Wayback Machine (On the heavens), Aristotle đã viết rằng "Ở trung tâm, họ [những người theo trường phái Pytago] nói, là ngọn lửa, và Trái Đất là một trong những ngôi sao, tạo nên ngày và đêm bởi các chuyển động hình tròn của chúng quanh trung tâm." Những lý do của sự sắp đặt này là vì triết học dựa trên các nguyên tố cổ điển chứ không phải khoa học; ngọn lửa có tầm quan trọng lớn hơn Trái Đất theo quan điểm của trường phái Pytago, và vì lý do này ngọn lửa phải nằm ở trung tâm. Tuy nhiên ngọn lửa trung tâm không phải là Mặt Trời. Những người theo Pytago tin rằng Mặt Trời cũng như toàn bộ các vật thể khác đều quay quanh ngọn lửa trung tâm. Aristotle đã từ bỏ lý thuyết này và ủng hộ thuyết địa tâm.
Heraclides xứ Pontus (thế kỷ thứ 4 TCN) đã giải thích chuyển động biểu kiến hàng ngày của các thiên thể thông qua sự tự quay của Trái Đất, và có lẽ cũng đã nhận ra rằng Sao Thủy và Sao Kim quay quanh Mặt Trời. Tuy nhiên, người đầu tiên đề xuất hệ nhật tâm là Aristarchus xứ Samos (khoảng 270 TCN). Không may thay những ghi chép của ông về hệ nhật tâm không còn nữa, nhưng chúng ta có được một số thông tin chủ chốt của hệ thống nay thông qua các tác giả khác (người quan trọng nhất là Archimedes, ông sống ở thế kỷ thứ 3 TCN và vì thế có được kiến thức trực tiếp từ các tác phẩm của Aristarchus). Khi Aristarchus viết các tác phẩm của mình, kích thước Trái Đất đã được Eratosthenes tính toán khá chính xác. Aristarchus cũng đo đạc kích thước Trái Đất, và kích thước cũng như khoảng cách của Mặt Trăng và Mặt Trời, chúng được ghi lại trong một bản luận văn may mắn còn tồn tại. Phương pháp hình học của ông là chính xác, nhưng nó đòi hỏi phải vượt qua khó khăn khi đo góc giữa Mặt Trời và Mặt Trăng khi Mặt Trăng nằm ở góc một phần tư thứ nhất và cuối cùng, hơi nhỏ hơn 90 độ. Aristarchus đã ước tính góc quá rộng và vì thế ước tính kích thước cũng như khoảng cách của Mặt Trời nhỏ hơn thực tế (dù các con số của ông về Mặt Trăng khá chính xác). Tuy nhiên, điều quan trọng là cách tiếp cận khoa học của Aristarchus, và kết luận rằng Mặt Trời lớn hơn nhiều so với Trái Đất. Có lẽ, như nhiều người đã từng đề xuất, khi xem xét những con số đó Aristarchus đã cho rằng có lẽ cho Trái Đất đang chuyển động thì đúng hơn là Mặt Trời vĩ đại chuyển động quanh Trái Đất.
Công trình đầu tiên của Aristarchus về hệ nhật tâm không còn nữa và chỉ được biết tới thông qua ghi chép của những người khác; vì thế ta không chắc chắn được về sự lý luận của ông với vấn đề đó. Dù có lẽ rằng ông đã hiểu vấn đề thị sai của các ngôi sao: nếu Trái Đất chuyển động qua những khoảng cách lớn khi quay quanh Mặt Trời, thì ở khoảng cách gần hơn các định tinh phải có khác biệt so với khoảng cách xa, tương tự như những quả đồi ở gần sẽ có vị trí sai khác so với các ngọn núi ở xa khi ta di chuyển. Aristarchus đã giải thích hiện tượng không quan sát thấy thị sai đó bằng cách cho rằng các ngôi sao ở những khoảng cách quá xa: khoảng cách mặt cầu của các định tinh so với quỹ đạo Trái Đất tương tự với bề mặt của một mặt cầu so với tâm của nó. (Archimedes đã miêu tả và cho rằng lý lẽ này do Aristachus đưa ra ở lời mở đầu cuốn Người đếm cát (The Sand Reckoner).) Điều này khiến các ngôi sao nằm ở khoảng cách rất lớn; dù ông muốn dùng đúng nghĩa đen, hay chỉ muốn thể hiện một tỷ lệ khoảng cách cực lớn, thì hiện nay ta cũng không thể xác định chắc chắn điều đó. (Vì cách giải thích của ông tỏ ra chính xác, dù các khoảng cách là có hạn; thị sai sao chỉ được quan sát thấy ở thế kỷ 19.)
Mô hình nhật tâm của Aristarchus được Archimedes đề cập tới trong cuốn Người đếm cát. Mục đích của cuốn sách này là chứng minh rằng những con số cực lớn, thậm chí số lượng những hạt cát đủ để lấp đầy vũ trụ, cũng có thể được thể hiện bằng toán học và không nên biểu diễn chúng một cách ước lượng là "vô vàn". Ông đã lấy mô hình vũ trụ rộng lớn nhất từng có, mô hình vũ trụ Aristarchus, để tính toán số lượng cát cần thiết đổ đầy vào đó. Chỉ ra rằng về mặt toán học, sẽ không có ý nghĩa gì khi nói về một tỷ lệ giữa bề mặt của một mặt cầu và tâm của nó, bởi vì nó không có độ rộng lớn, Archimedes kết luận rằng khoảng cách giữa các định tinh có cùng quan hệ với bán kính của quỹ đạo Trái Đất bởi vì quỹ đạo đó cũng có quan hệ với chính Trái Đất. Theo những điều kiện đó, chúng ta có thể chứng minh rằng thị sai sao đã vượt quá khả năng quan sát để phát hiện thấy của thời kỳ đó, đúng như thực tế.  Lưu trữ 2004-08-08 tại Wayback Machine Tuy nhiên, không có dấu hiệu cho thấy cả Aristarchus hay Archimedes đã thực sự tranh luận vấn đề thị sai sao và coi đó là cách để xác định việc liệu Trái Đất có thực sự chuyển động không.
Một nhà thiên văn Hy Lạp khác, Seleukos xứ Seleucia, đã chấp nhận mô hình nhật tâm của Aristarchus, và theo Plutarch ông đã chứng minh nó.