Ved inngangen til renessansen var det fortsatt det antikke verdensbildet, beskrevet av Ptolemais i hans store verk Almagest som var mer eller mindre enerådende. Dette bildet baserte seg på at jorden var i sentrum og planetene og fiksstjernene var festet til konsentriske sfærer.

Etter hvert vokste erkjennelsen av at denne beskrivelsen ikke var til-strekkelig, ja faktisk ikke en gang korrekt. Geometrien stemte ikke lenger overens med de mange og detaljerte observasjonene.

Copernicus var først ute med nye tanker da fra gamle greske filosofer fikk ideen om at det ikke var jorda som var i sentrum, men sola. Med det utgangspunktet hadde han regnet på observasjonsmaterialet på nytt og fant andre overenstemmelser mellom teori og observasjon.

Copernicus sitt verdensbilde var et heliosentrisk system der sola stod i sentrum mens planetene og fiksstjernene beveget seg rundt den. Hvorfor de gjorde det var ikke Copernicus så veldig interessert i. Som matematiker var han mest interessert i å beskrive banene. Copernicus sine beregninger var imidlertid ikke helt korrekte noe som bl.a. ble oppdaget av Johannes Kepler, en astronom fra Praha.

Kepler var dypt interessert i teologi og filosofi, og satte seg som mål å forstå de matematiske ideene Gud hadde brukt da han skapte verden. Han tok utgangspunkt i Copernicus heliosentriske verdensbilde, med sola i sentrum og plantene som kretset rundt. Gjennom årelange kalkulasjoner av planetbaner kunne Kepler sammenfatte sine resultater i det som i dag er kjent som Keplers tre lover om planetbevegelser.

Parallelt med Kepler studerte Galileo Galilei jordas bevegelser i solsystemet. Hans utgangspunkt var annerledes idet hans observasjoner bygget på hans arbeider rundt akselerasjon. Galilei slo i 1604 fast at et legeme i fritt fall utsettes for en konstant akselerasjon. Dette postulatet brukte han til å regne ut mange forskjellige bevegelsesbaner, og noen av dem kunne han verifisere ved ulike eksperimenter.