牙的F。麥哲倫率領探險隊完成了第一次環球航行後，地球是球形的觀念才最終被證實。

公元2世紀，C。托勒密提出了一個完整的地心說。這一學說認為地球在宇宙的中央安然不動，月亮、太陽和諸行星以及最外層的恆星天都在以不同速度繞著地球旋轉。為了說明行星運動的不均勻性，他還認為行星在本輪上繞其中心轉動，而本輪中心則沿均輪繞地球轉動。地心說曾在歐洲流傳了1000多年。1543年，N。哥白尼提出科學的日心說，認為太陽位於宇宙中心，而地球則是一顆沿圓軌道繞太陽公轉的普通行星。到16世紀哥白尼建立日心說後才普遍認識到：地球是繞太陽公轉的行星之一，而包括地球在內的八大行星則構成了一個圍繞太陽旋轉的行星系──太陽系的主要成員。1609年，J。開普勒揭示了地球和諸行星都在橢圓軌道上繞太陽公轉，發展了哥白尼的日心說，同年，伽利略·伽利雷則率先用望遠鏡觀測天空，用大量觀測事實證實了日心說的正確性。1687年，I。牛頓提出了萬有引力定律，深刻揭示了行星繞太陽運動的力學原因，使日心說有了牢固的力學基礎。在這以後，人們逐漸建立起了科學的太陽系概念。

恆星

在哥白尼的宇宙影象中，恆星只是位於最外層恆星天上的光點。1584年，喬爾丹諾·布魯諾大膽取消了這層恆星天，認為恆星都是遙遠的太陽。18世紀上半葉，由於E。哈雷對恆星自行的發展和J。布拉得雷對恆星遙遠距離的科學估計，布魯諾的推測得到了越來越多人的贊同。18世紀中葉，T。賴特、I。康德和J。H。朗伯推測說，佈滿全天的恆星和銀河構成了一個巨大的天體系統。弗里德里希·威廉·赫歇爾首創用取樣統計的方法，用望遠鏡數出了天空中大量選定區域的星數以及亮星與暗星的比例，1785年首先獲得了一幅扁而平、輪廓參差、太陽居中的銀河系結構圖，從而奠定了銀河系概念的基礎。在此後一個半世紀中，H。沙普利發現了太陽不在銀河系中心、J。H。奧爾特發現了銀河系的自轉和旋臂，以及許多人對銀河系直徑、厚度的測定，科學的銀河系概念才最終確立。

太陽

18世紀中葉，康德等人還提出，在整個宇宙中，存在著無數像我們的天體系統（指銀河系）那樣的天體系統。而當時看去呈雲霧狀的“星雲”很可能正是這樣的天體系統。此後經歷了長達170年的曲折的探索歷程，直到1924年，才由E。P。哈勃用造父視差法測仙女座大星雲等的距離確認了河外星系的存在。

近半個世紀，人們透過對河外星系的研究，不僅已發現了星系團、超星系團等更高層次的天體系統，而且已使我們的視野擴充套件到遠達200億光年的宇宙深處。

宇宙演化觀念的發展在中國，早在西漢時期，《淮南子·俶真訓》指出：“有始者，有未始有有始者，有未始有夫未始有有始者”，認為世界有它的開闢之時，有它的開闢以前的時期，也有它的開闢以前的以前的時期。《淮南子·天文訓》中還具體勾畫了世界從無形的物質狀態到渾沌狀態再到天地萬物生成演變的過程。在古希臘，也存在著類似的見解。例如留基伯就提出，由於原子在空虛的空間中作旋渦運動，結果輕的物質逃逸到外部的虛空，而其餘的物質則構成了球形的天體，從而形成了我們的世界。

太陽系概念確立以後，人們開始從科學的角度來探討太陽系的起源。1644年，R。笛卡爾提出了太陽系起源的旋渦說；1745年，G。L。L。布豐提出了一個因大彗星與太陽掠碰導致形成行星系統的太陽系起源說；1755年和1796年，康德和拉普拉斯則各自提出了太陽系起源的星雲說。現代探討太陽系起源z的新星雲說正是在康德…拉普拉斯星雲說的基礎上發展起來。

銀河系

1911年，E。赫茨普龍建立了第一幅銀河星團的顏色星等圖；1913年，伯特蘭·阿瑟·威廉·羅素則繪出了恆星的光譜…光度圖，即赫羅圖。羅素在獲得此圖後便提出了一個恆星從紅巨星開始，先收縮排入主序，後沿主序下滑，最終成為紅矮星的恆星演化學說。1924年，亞瑟·斯坦利·愛丁頓提出了恆星的質光關係；1937～1939年，C。F。魏茨澤克和貝特揭示了恆星的能源來自於氫聚變為氦的原子核反應。這兩個發現導致了羅素理論被否定，並導致了科學的恆星演化理論的誕生。對於星系起源的研究，起步較遲，目前普遍認為，它是我們的宇宙開始形成的後期由原星系演化而來的。

銀河系