Umjesto ptolomejskog geocentričnog sistema, prema kojem je Zemlja centar vasione, on je poslije istraživanja koja je obavio po povratku s višegodišnjih studija u Italiji polazeći od teorije grčkih astronoma koji su smatrali da je Sunce centar svijeta oko kojeg kruže Zemlja i druge planete – uspostavio heliocentrični sistem.
Prema tom učenju, Zemlja i planete se kreću po putanjama u čijem je centru Sunce, a prividno kretanje nebeske sfere je posljedica kretanja Zemlje. Time je udario temelje moderne astronomije i osnove za otkrića Johannesa Keplera i Isaaca Newtona o kretanju nebeskih tijela, ali je njegova teorija imala dalekosežne posljedice i za ostale prirodne nauke i cjelokupan duhovni razvoj čovječanstva.
Njegovo učenje je, uz mnoštvo sljedbenika, zbog zloglasne rimokatoličke inkvizicije, imalo i mučenike – Giordanoa Bruna je sud inkvizicije poslao na lomaču, a Galileo Galileija, pod prijetnjom smrti, primorao da svoje učenje proglasi zabludom. Rimska crkva je 1616. zabranila sva djela kojima je osnova bilo Kopernikovo učenje. Djela: “Komentariolus…”, “De revolucionibus orbium celestium”.