哥白尼首先根据天文学和物理学论证地球是动的。托勒密认为如果地球在旋转，地球上的物体就会向太空飞散，地球将会崩溃。哥白尼驳斥说，为了使地球不致崩溃就让地球不动，而让整个天穹都绕地球转动，难道这样就不怕整个宇宙崩溃吗?
接着，哥白尼又根据行星运动的不规则性指出，地球并不是宇宙的中心，地球本身也在绕着某个中心转动。托勒密认为所有物体都有重力，都趋向地心，所以地球是宇宙的中心，它不能动，不能偏离这个中心。哥白尼反驳说：每个天体都有一个重力中心，如果说地球有重力中心就成为宇宙中心的话，那么不是所有天体都可以成为宇宙的中心吗?
哥白尼在最后确立了他的“太阳中心说”的宇宙体系。在他看来，“太阳傲然坐镇”，处于中心位置，由太阳依次向外则是：水星、金星、带着月亮的地球、火星、木星、土星及恒星天层。
经过一系列的正反论证，哥白尼终于确立了自己的“日心地动”学说体系。
虽然阿利斯塔克比哥白尼早1700多年就提出了日心说，但是他只是凭借灵感做了个猜想，他并没有加以详细论证。而哥白尼则是在逐个解决了猜想中的数学问题之后，把它变成了有用的科学学说——一种可以用来做预测的学说。随着人们对太阳系认识的加深以及天王星、海王星的相继发现，哥白尼的学说终于得到了科学的证实。
但在当时，由于日心说与传统的地心说根本对立，因而遭到了神学家们的疯狂攻击。新教首领马丁•路德攻击哥百尼是“亵渎圣经的环蛋”。哥白尼的政敌则召集一批群众，将正在移动的太阳和不动的大地指给大家看，说：“大家看哪，这种事连傻子也看得清楚的!”然后，他们就扮演“发疯的牧师”，大肆丑化哥白尼和他的天文研究。面对这种嘲笑与讥讽，哥白尼只报以微笑。他说：“天地的运行丝毫不会因为这些笨蛋们的嘲笑或尊敬而受到影响。”他也泰然声明：“如果有人竟对我的设想横加指责，我将不予理睬。”在这里，哥白尼表现出了一位伟大科学家的开阔胸襟和战斗精神。
哥白尼的体系有其科学性，但限于当时生产和科学的发展水平，这个体系也有其不可避免的缺陷。哥白尼同前人一样低估了太阳系的规模，他所认识的太阳系远没有今天人类所认识的太阳系范围大，后来天王星等行星的发现便证实了这一点；他把星体运行的轨道看成是一系列同心圆，这也是不正确的；另外，由于测量工具的简陋，他的测量结果和数学运算都不很精确。尽管如此，哥白尼在历史上的功绩仍是不可埋没的。他的学说曾掀起了天文学上的一场大变革，它不仅改变了当时人们对宇宙的认识，而且从根本上动摇了欧洲中世纪宗教神学的理论基础，铺平了通向近代天文学的道路。哥白尼本人也作为近代天文学的奠基人，备受后人的敬仰与崇拜。
在1700多年以前，阿基米德曾说过：“只要给我一个立足之处，我就能够移动地球。”哥白尼终于实现了这一豪言壮语。他凭借思维的力量，将地球抛向那浩瀚的宇宙空间。从此，地球就再也没有回到宇宙中心的统治地位。
哥白尼的巨著《天体运行论》正式宣告了自然科学的独立。他以无畏的革命精神冲破禁锢，否定了统治了1000多年的地心学说，这是天文学史上一次伟大的革新，它拉开了近代科学革命的序幕。人类思想的翅膀从此在无限的宇宙里自由翱翔，而给我们指明通往“无限”道路的，正是尼古拉•哥白尼。
