Su obra maestra, De revolutionibus orbium coelestium (Sobre las revoluciones de las esferas celestes), fue escrita a lo largo de unos veinticinco años de trabajo (1507-1532) y fue publicada póstumamente en 1543 por Andreas Osiander, pero muchas de las ideas básicas y de las observaciones que contiene circularon a través de un opúsculo titulado De hypothesibus motuum coelestium a se constitutis commentariolus (no editado hasta 1878); que, pese a su brevedad, es de una gran precisión y claridad. Copérnico estudió los escritos de los filósofos griegos buscando referencias al problema del movimiento terrestre, especialmente los pitagóricos y Heráclides Póntico, quienes creían en dicha teoría. En cuanto a la teoría heliocéntrica en sí, hasta donde se sabe hoy, fue concebida por primera vez por Aristarco de Samos (310-230 a. C.), a quien curiosamente no nombra en su obra. Es preciso centrar el valor real de sus estudios en el hecho de reimponer teorías ya rechazadas por el sentido común y de darles una estructura científica coherente. La ruptura básica que representaba para las ideas medievales, la sustitución de un cosmos cerrado y jerarquizado, con el hombre como centro; por un universo homogéneo e indeterminado, situado alrededor del Sol, hizo dudar a Copérnico de publicar su obra, siendo consciente de que aquello le podía acarrear problemas con la Iglesia. Por desgracia, a causa de una enfermedad que le produjo la muerte, no alcanzó a verla publicada.