U podstaw astronomii Kopernika nie leżały obserwacje astronomiczne, chociażby najdokładniejsze, lecz rozmyślania nad harmonią kosmosu.
Zgłębiając astronomię geocentryczną, Kopernik uznał, że opisuje ona budowę świata za pomocą dość przypadkowego zbioru hipotez.
Miał wielki szacunek dla kunsztu najznakomitszych przedstawicieli dawnej astronomii, ale jednocześnie pisał o nich w liście dedykacyjnym do De revolutionibus: „przytrafiło im się to samo, co komuś, kto by to stąd, to zowąd wziął ręce, nogi, głowę i inne części ciała i namalował je, co prawda, bardzo dobrze, ale tak, że w odniesieniu do jednego i tego samego ciała nie odpowiadałyby sobie nawzajem i powstałby z nich raczej jakiś dziwoląg niż obraz człowieka” (tłum. M. Brożek).
System heliocentryczny. Rękopis De revolutionibus.
Kopernik poszukiwał najprostszych rozwiązań, które w nieodparcie logiczny i harmonijny sposób wyjaśniałyby wszystkie obserwowane ruchy planet. Ostatecznie doszedł do wniosku, że warunek ten spełnia układ, w którego środku znajduje się Słońce. Natomiast planety krążą wokół niego w kolejności, o której decyduje tempo ich biegu: od najszybszego Merkurego przez Wenus, Ziemię, Marsa, Jowisza aż po najwolniejszego Saturna.
Dalej we wszechświecie Kopernika leżały już tylko gwiazdy, które ze względu na uznanie przez astronoma z Fromborka dobowego obrotu Ziemi wokół własnej osi mogły pozostawać nieruchome. Tak więc najważniejsze odkrycie Kopernika polegało na zrozumieniu, że ład świata został zapisany w formie systemu heliocentrycznego, w którym Ziemia jest jedną z planet, czyli jednym z wielu „środków ciężkości”, a odległe gwiazdy nie muszą wirować wokół niej w zawrotnym tempie jednego obrotu na 24 godziny. Reszta sprowadzała się do takiego posłużenia się matematyką i obserwacjami, by ten ład uchwycić jak najprecyzyjniej: określić budowę planetarnych orbit, ich rozmiary i położenie w przestrzeni. Rzecz wymagająca doskonałej znajomości geometrii i wielu godzin spędzonych pod gołym niebem, a także czasochłonnych obliczeń, ale mimo wszystko drugorzędna.