Sob o céu puro da Caldeia, da Índia e do Egito, berço das mais antigas civilizações, o movimento dos astros foi observado com tanta precisão quanto o permitia a falta de instrumentos especiais. Notou-se, primeiramente, que certas estrelas tinham movimento próprio, independente da massa, o que afastava a suposição de que se achassem presas à abóbada celeste. Chamaram-lhes estrelas errantes ou planetas, para distingui-las das estrelas fixas. Calcularam-se os seus movimentos e os retornos periódicos.
No movimento diurno da esfera estrelada, foi notada a imobilidade da Estrela Polar, em torno da qual as outras descreviam, em vinte e quatro horas, círculos oblíquos paralelos, uns maiores, outros menores, conforme a distância em que se encontravam da estrela central. Foi o primeiro passo para o conhecimento da obliquidade do eixo do mundo. Viagens mais longas permitiram que se observasse a diferença dos aspectos do céu, segundo as latitudes e as estações. A verificação de que a elevação da Estrela Polar acima do horizonte variava com a latitude abriu caminho para a percepção da redondeza da Terra. Foi assim que, pouco a pouco, chegaram a fazer uma ideia mais exata do sistema do mundo.
Lá pelo ano 600 a.C., Tales, de Mileto (Ásia Menor), descobriu a esfericidade da Terra, a obliquidade da eclíptica e a causa dos eclipses. Um século depois, Pitágoras, de Samos, descobre o movimento diurno da Terra, sobre o próprio eixo, seu movimento anual em torno do Sol, e incorpora os planetas e os cometas ao sistema solar. Hiparco, de Alexandria (Egito), 160 a.C., inventa o astrolábio, calcula e prediz os eclipses, observa as manchas do Sol, determina o ano trópico, a duração das revoluções da Lua.
Entretanto, por mais preciosas que fossem para o progresso da Ciência, essas descobertas levaram cerca de 2.000 anos para se popularizarem. Não dispondo então senão de raros manuscritos para se propagarem, as ideias novas permaneciam como patrimônio de alguns filósofos, que as ensinavam a discípulos privilegiados. As massas, que ninguém cuidava de esclarecer, não tiravam qualquer proveito delas e continuavam a nutrir-se das velhas crenças.