阿利斯塔克開創了太陽、月亮與地球距離之比以及太陽、月亮、地球三者大小之比的測量，在留存至今的著作《論日月的大小和距離》中，求得日地距離為月地距離的18-20倍，太陽直徑為月球直徑的18-20倍以及為地球直徑的6-7倍。儘管這些結果與實際值相差甚遠，但他是第一個認識到太陽遠比地球大得多的人。他很可能因此邏輯地推論大的東西不能繞小的東西轉動，從而提出了古代的日心說：恆星和太陽靜止不動，地球和行星在以太陽為中心的不同圓軌道上繞太陽轉動，地球還每天繞軸自轉一週。因此，恩格斯稱他為“古代的哥白尼”。這種方法應用了一千多年。他還提出過一種方法，測定月食時月球視直徑和地影直徑的比例，以確定月地距離。這個方法後為喜帕恰斯所採用。此外，他還開創了三角計算，匯出了不等式。

阿利斯塔克所著《論日月大小和距離》一書流傳至今。在這一著作中，他應用幾何學知識在科學史上第一次試圖測量日、月和地球之間的距離。他設想在上、下弦，即月半圓時，日、月和地球應當形成一個直角三角形，透過測量日、月和地球距離的角距，就可以測算太陽和月亮的相對距離。他根據測得的角度87°，算出太陽與地球的距離是月亮與地球距離的19倍。他又根據日食情況，推得太陽直徑是月球直徑的19倍。他在月食時又計算了地球影子的寬度，得出地球直徑是月球直徑的3部。阿利斯塔克認為，如果假設包括地球在內的行星都圍繞太陽旋轉，而恆星因為看上去不動而無限遙遠，那麼天體運動就非常容易理解。

阿利斯塔克的日心說經阿基米德的介紹，當時曾有一定的影響，但遭到了宗教勢力的反對。日心說思想在當時沒有為人們所接受。但是對於太陽和月亮的大小以及它們與地球間

距離的測量工作，卻始終有人進行著。 為了進行上述的測量，首先要測量地球的大小。這項工作最早是由昔蘭尼人埃拉託斯特尼進行的。尼西亞人希帕克也繼承了阿利斯塔克的測量工作，他所測得的結果要精確得多，和現代計算結果已很相近。