托勒密的“宇宙体系图”
他的舅父是当地的大主教，哥白尼回国后不久就担任了大主教的秘书职务。1512年，他的舅父去世，哥白尼全家迁居埃尔布拉格，他成为了那里的一名牧师。
我开始思考地球运动的能力。虽然这种思想看起来荒诞不经，但是我知道，有人在我之前已自由地想象他们要用哪些圆圈以便解释天文现象。因此我想，我不也可以尝试一下，假定地球具有某种运动，看看能不能为地球的转动比别人找到更加有效的证据。——哥白尼写《天体运行论》的原委
哥白尼用简陋的观测工具进行研究
在家乡履职牧师职务的同时，哥白尼对天文学的兴趣与日俱增。他用及其简陋的观测工具（此时距望远镜的出现还有100多年），测量星球的高度，追逐星球的轨迹，研究天体的规律，经过长期反复的努力，他终于提出一种新的理论——“日心说”，推翻了托勒密的旧理论体系。
“日心说”的具体内容及成书过程
日心说示意图
日心说认为，地球不是宇宙的中心，也不是固定不动的，所有的行星都以太阳为中心，地球只不过是饶太阳运行的一个普通的星球而已。人每天看见太阳、星星在天上移动，那是因为地球本身在自传的缘故。
哥白尼的上述看法最初见于1510年他写的《短论》，当时这篇论文并未发表，却在学术界广泛流传了二十多年时间。《短论》尖锐地指出，托勒密的学说已陈旧过时了，违背科学，而日心说才是科学的天文理论。
《天体运行论》中哥白尼的宇宙观
1539年，一位年仅25岁的德国天文学者乔治·莱蒂克斯访问哥白尼。他原本打算只待几个星期，结果住了两年，成为哥白尼的知己。他读哥白尼的手稿及其材料，与哥白尼进行无数次的长时间讨论。他整个身心都被哥白尼的理论深深吸引住了。后来他写了一封长信给在纽伦堡的老师约翰·舍恩纳。此信1540年发表在当地的一家杂志上，成为了第一篇介绍哥白尼科学论文的文章。
……我经过大量持久的观察，终于发现，如果把其余行星的运动归因于地球的转动，并按每个行星的周期计算这些运动，那末，不仅将得知这些行星是一种结果，而且，这些行星和所有天体依次相继的顺序和大小乃至天穹本身都彼此联系，以致任何部分如果调整位置，便将导致其余部分乃至整个宇宙发生混乱。——哥白尼
后来，在莱蒂克斯和其他朋友的一再要求下，哥白尼答应出版他的原稿。经哥白尼重新整理过的手稿，题为《托伦的尼古拉·哥白尼论天体运行轨道（共六册）》，简称《天体运行论》。1542年书稿付印，那时的哥白尼已经卧病在床，身体极度衰弱。
