Han udviklede den heliocentriske model af solsystemet, der placerede solen i midten og jorden i kredsløb omkring det. Denne model modsatte den herskende geocentriske model, der var blevet afholdt i århundreder og placerede jorden i centrum af universet.
Copernicus udgav sit banebrydende arbejde, "De Revolutionibus Orbium Coelestium" ("Om revolutionerne af de himmelske sfærer") i 1543, lige før hans død. Hans arbejde blev oprindeligt mødt med skepsis og modstand, men til sidst revolutionerede det vores forståelse af universet.