地球自西向東自傳，同時又繞著太陽公轉，這是一個天文學常識，現今可謂人盡皆知。但是為了把這個常識灌輸到人們的頭腦裡，並且被廣泛接受地下來，科學家們付出了數百年的努力。在沒有天文望遠鏡也沒有人造衛星的古代，要想證明地球自轉與公轉是非常困難的事情。所謂“不識廬山真面目，只緣身在此山中”，古人一刻也沒有離開過地球，從未站在地外的角度來觀察地球的全貌。因此，他們只能通過把各種零星觀測到的現象拼湊在一起，彙集成一個夾雜猜測在內的宇宙體系。這個體系的核心內容就是以大地為宇宙的中心，認為地面靜止不動，天空及日月星辰在都外圍繞著它旋轉，故而稱為“地心說”也叫“地靜說”。
由於古人對宇宙體系的構建主要依賴於邏輯推論而非直接觀測，因此在這種情況下，要想顛覆舊的天文學理論，就得先在思維領域進行革新，要勇於衝破傳統的藩籬，能夠換個角度來思考問題。在近代天文學史上第一個這樣做的人就是尼古拉·哥白尼，他在《天體執行論》的第一卷中，顛倒了轉化了思考的角度：假定天空靜止不動，而地球及上面觀測者在不停地旋轉，於是就可以推匯出地球自轉及環繞太陽公轉的新理論。
那麼，哥白尼究竟是如何反駁傳統的“地靜說”，進而提出“地動說”的呢？他又是如何在“地動說”的基礎上主張“日心說”呢？
古代思想家所篤信的“地靜說”在《天體執行論》中，哥白尼試圖解決這麼一個問題——“為什麼古人認為地球靜居於宇宙中心”？他認為古代哲學家的宇宙論主要建立在“輕重”觀念之上，他們認為土是最重的元素，假如宇宙是圓的，那麼一切重物便都有落向球心的趨勢。因此，由土構成的大地就處在宇宙的中心，所有的土元素都堆積到這裡，故而它必然是靜止不動的。
這種理論巧妙的將“地心說”與“地靜說”結合在一起，認為我們所生存的這片土地靜止於宇宙的中心。外面的日月星辰都是由其他較輕的元素構成的，所以漂浮在上空，每天東昇西落。古希臘哲學家亞里士多德就在《天穹篇》中寫道：土和水是重元素，會不斷下沉，乃至於靜止；氣和火則是輕元素，會離開地面而上升，圍繞地面做圓周運動。比他稍晚的天文學家托勒密更是堅決否定大地運動的可能性，他認為如果地球存在自轉，需要24小時轉一週，那麼速度將非常快，地面上的任何東西都會因此而被拋離到宇宙之中，由土凝聚成的地球也便分崩離析。
古希臘人的這種“地靜說”與中國人的“蓋天說”很相似，《周髀》裡寫道：“天圓如張蓋，地方如棋局。”《列子》說：“清輕者上為天，濁重者下為地”。也認為大地因濁重而下沉，天空因清輕而上浮。下沉的重物必然靜止不動，而清輕之物則來回旋轉。天空就像推磨一樣，執行不息，古人稱為“天左旋”；日月星辰則像推磨上的螞蟻，推磨的轉速要比螞蟻爬行得快，所以總是會有歲差出現。
這說明古代世界，東方與西方的思想家們都有著輕重的觀念，並且在這種觀念之上，構建出了“地心”及“地靜”的宇宙模型，屬於殊途同歸。
由輕重而產生的“地靜”觀念，是西方地心說與東方蓋天說的邏輯起點
哥白尼對“地靜說”的批駁早在古希臘時期，畢達哥拉斯學派的費羅勞斯就提出了“地動說”，認為大地就像太陽和月亮那樣，沿傾斜的圓周繞著一團火旋轉。愛菲斯學派的赫拉克利特也說大地在動，但不是前進運動，而是像一個車輪，從西向東繞著自己的中心旋轉。受到他們的啟發，哥白尼對“地靜說”進行了懷疑。
托勒密堅持認為地球靜居於宇宙中心，他擔心地球和地上的事物會因自轉而土崩瓦解，哥白尼認為這是“毫無根據的”。假如大地會因自轉而瓦解，那麼天穹難道就不會因繞地旋轉而潰散嗎？既然地球是宇宙的中心，宇宙裡的所有事物都要圍著地球轉，那麼宇宙內的日月星辰也應該因轉速過快而向外拋散才對。這樣的話，宇宙就將處於無限膨脹的狀態，“可是根據我們所熟悉的物理學原理，無限體既不能轉動也不能運動，因此天穹必須靜止不動。”
這樣，哥白尼就指出“地心說”的邏輯矛盾。“地心說”認為大地靜止於宇宙的中心，日月星辰都圍繞著它旋轉。地球如果轉動的話，那麼地面上的東西都會被拋到太空中，自己也會潰散，所以只有天穹在動，而地球是靜止的；然而，“地靜”與“天動”根本就不能相容。如果地球擔心轉動會發生潰散，那麼天穹也同樣有這種憂慮在，為何托勒密只考慮地球而不考慮天穹呢？因此，實際的情況要麼是地球與天穹都靜止，要麼是轉動不會導致潰散。由於日月星辰的東昇西落的運動很明顯，所以只能是後者。
哥白尼反問道：“為什麼我們不承認看起來是天穹的週日旋轉，實際上是地球運動的反映呢？”就像站在船舶上的船員看到岸上事物在後退，因而誤以為船舶靜止而兩岸運動一樣。“與此相同，地球的運動無疑地會產生整個宇宙在旋轉這樣一種印象。”真實的情況並不是“天左旋”，而是“地右轉”。
因此，哥白尼斷言說：“地球在運動比它靜止不動的可能性更大。”
地球究竟在做幾種運動？古代的“地靜說”將天象變化歸結為天體自身的運動，而哥白尼則考慮到了地球的運動，他認為地球既然不是靜止而是運動的天體，那麼它就是一顆“行星”，具有三重運動。
地球的第一重運動就是自轉，會引起晝夜更替。古人將晝夜更替說成是天空與日月星辰轉動的結果，這樣就難以解釋“日月星辰是從什麼地方升起來的？”“大地的邊沿又在哪裡？”等諸多問題。西漢時，有個叫王仲任的人，他為了捍衛蓋天說，試圖對其進行改造。認為日月星辰並沒有沉入地下，而是不停地遠離又靠近地球。就如手持火把一樣，越靠近地面就會越亮，越遠離就會越暗，乃至於看不見——但火把始終沒有熄滅，這就是晝夜的成因。然而，晉人葛洪就在《渾天儀注》裡詰難說：火把離人越遠，在越暗的同時也會越小，而然日月星辰從東昇到西落，大小始終沒有顯著的變化，只是亮暗不同而已。因此，地靜說無法解釋晝夜更替現象；
地球的第二重運動則是公轉，會引起季節的變化。篤信地球位於宇宙中心且靜止不動的人，難以解釋為什麼大地上為什麼會有寒暑晝夜的變化。北宋張載在《正蒙》中試圖給出答案，他承認大地在運動，但不是繞著太陽公轉，而是在升降沉浮。夏天時，大地上抬，離太陽較近，所以天氣熱；冬天時，大地下沉，離太陽較遠，所以天氣冷。這種解釋不僅牽強，而且荒謬。明末思想家王夫之就說它“與日行南北二陸之說異”，指明這種理論違背太陽直射南北迴歸線的常識；
除了自轉與公轉之外，哥白尼認為地球的第三種運動是“傾角的運動”。假如地球只有自轉與公轉，那麼北極所指向的位置必然是不斷變化的。但是在觀測中，人們發現有一處看上去始終不動的北天極，證明無論地球如何公轉與自轉，轉軸始終指向某個相對固定的地方。因此，地球存在一種“傾角的運動”，不斷地將轉軸“矯正”回來，指向北天極。這也使得太陽直射的地方在兩條迴歸線間來回變換。
哥白尼認為地球存在三重運動
哥白尼眼中的宇宙究竟是什麼樣子？哥白尼宇宙論的思路為：先是對“地靜說”進行懷疑和批判，進而揚棄出“地動說”，然後提出地球存在三重運動。認為地球不僅自轉，而且還繞著太陽公轉，並且在轉動的時候始終存在“傾角的運動”。這樣，一個以太陽為中心的宇宙模型便呈現了出來。
首先，哥白尼認為宇宙是球形的，原因很牽強——“因為一切形狀中球是最完美的，它不需要介面，並且是一個既不能增又不能減的全整體”。哥白尼認為宇宙必然是處於靜止狀態，不增也不減，而且大到能夠包羅萬物。他之所以這樣推論，一方面是來自於主觀偏好，另一方面是經驗知識，認為宇宙中的大多數事物都呈球形，如太陽、月亮、行星和衛星等，所以宇宙也可能是這個樣子。
第二，大地也是球形的。通過觀測，我們也能證實這一點：在北天的星星大多整日可見，從不下落，而在南天的一些星星卻永不升起。在義大利看不到老人星，埃及卻能觀測得到等等。而且，海洋也是圓形的，海員在甲板上觀望不到陸地，在桅杆上卻能看得一清二楚，這便是明證。
第三，地球並不在宇宙的中心。在觀測時，我們發現太陽和其他行星並不以地球為圓心，它們也不繞地心轉動，因此它們看起來時近時遠。假如地球不動且位於宇宙中心的話，那麼越靠近地球的天體轉動得就會越慢在地球上空的東西甚至會靜止不動，但我們觀測到太陽與月亮在東昇西落的時長上，並無顯著區別。
最後，太陽才是宇宙的中心。哥白尼推倒了古代的“地靜說”，卻依然保留“宇宙中心論”的軀殼，沒有將其清掃乾淨。他證明地球不可能靜止不動，也不可能是宇宙的中心，但卻把太陽放了進去。說：“宇宙的中心靠近太陽，進一步說，因為太陽是靜止的”。這麼做是出於一個美好的願望——“靜居在宇宙中心處的是太陽。在這個最美麗的殿堂裡，它能同時照耀一切。難道還有誰能把這盞明燈放到另一個、更好的位置上嗎？”
因此，可以說，哥白尼在天文學領域的革命是不徹底的，他的思想中含有“地動說”與“日心說”兩種成分。“地動說”建立在對古代宇宙體系的批判之上，提出了全新的觀點；而“日心說”卻繼承了古代理論的形式。仍保留著宇宙中心論的觀念，試圖用太陽來取代地球，修補舊學說。沒有意識到，要將舊東西推平，才能在上面修建一座全新的、穩固的大廈。