Model geosentris Tata Surya masih terlihat dominan selama berabad-abad. Namun, model geosentris yang telah berkembang hingga dalam bentuk yang paling kompleks ternyata masih menghasilkan kesalahan-kesalahan dalam memprediksi dari posisi planet-planet di langit sehingga para ilmuwan mengakui bahwa model yang lebih baik dari diperlukan.

Para astronom memberikan pengakuan atas penyajian model versi pertama dari pandangan modern Tata Surya kita yaitu kepada Nicolaus Copernicus, seorang pendukung teori heliosentris, atau model dimana Matahari menjadi pusat dalam sistem tata surya. Copernicus mengusulkan bahwa Matahari adalah pusat Tata Surya, dengan semua planet yang dikenal pada waktu itu mengorbit Matahari bukan Bumi. Meskipun hal ini memecahkan banyak masalah lama dalam model Ptolemaic, Copernicus masih percaya bahwa orbit planet harus melingkar, sehingga modelnya tidak jauh lebih berhasil seperti halnya Ptolemeus dalam memprediksi posisi planet-planet. Modelnya sangat sukses, terlebih dalam memecahkan masalah gerak retrograde dengan cara yang sangat elegan. Hal ini diilustrasikan dalam animasi di bawah. Klik pada tombol “Start” untuk melihat gerak retrograde.

Solusi untuk memecahkan masalah gerak retrograde adalah dengan menyadari bahwa Bumi bergerak lebih cepat di sekitar Matahari dibanding Mars. Sepanjang orbitnya, Bumi pada waktu tertentu akan meninggalkan Mars dari satu titik sudut pandang. Artinya, jika bumi berada pada posisi jam 03:00 sepanjang orbitnya, Mars mungkin berada pada posisi jam 01.00. Karena bumi bergerak lebih cepat sepanjang orbitnya maka Bumi suatu ketika akan menyusul Mars pada posisi jam 12 diwaktu yang sama. Setelah melewati Mars, Bumi akan mencapai posisi jam 09:00 pada orbitnya sementara Mars baru sampai ke pukul 11. Dari sudut pandang kita di Bumi, Mars akan muncul untuk bergerak prograde di langit ketika kita mendekati mars, namun, saat bumi kita mulai menyalip dan mendahului Mars, maka mars akan tampak melambat kemudian berhenti dan mulai bergerak retrograde. Sebuah analogi yang baik untuk membantu memperjelas konsep ini adalah dengan memvisualisasikan pelari di lintasan lomba lari. Bayangkanlah dua pelari, satu bergerak cepat dalam jalur dalam (pelari Bumi) dan lainnya bergerak lebih lambat di jalur luar (pelari Mars). Ketika keduanya berlari pada jalur lari, pelari Bumi akan melihat pelari Mars bergerak maju. Namun karena pelari bumi kecepatannya lebih cepat daripada pelari mars, maka perlahan pelari mars akan tampak melambat hingga akhirnya pelari bumi dapat menyusul pelari mars. Saat keduanya bertemu pada saat yang sama, pelari mars sejenak akan tampak bergerak diam pada posisinya dan beberapa saat kemudian pelari mars akan tampak bergerak mundur menjauhi jika dilihat dari sudut pandang pelari bumi.

Walaupun model Copernicus dapat memecahkan beberapa masalah, kurangnya akurasi dalam memprediksi posisi planet tetap tidak dapat diterima secara luas sebagaimana model Ptolemaic. Para pendukung model geosentris juga mangajukan uji coba lainnya terhadap model heliosentris: jika benar bumi mengorbit Matahari, maka bintang-bintang yang jauh akan terbit bergeser dari sudut pandang kita, efek ini dikenal sebagai paralaks. Bagi pendukung model heliosentris, ternyata hal ini menyebabkan masalah. Jika model heliosentris mereka benar, maka kita harus mengamati paralaks, namun tidak satupun pengamat paling akurat dalam satu hari mampu mendeteksi jumlah paralaks yang terukur bahkan untuk sebuah bintang tunggal.

Lupakan paralaks sejenak, semakin berkembangnya ilmu astronomi pada saat itu ditambah dengan hasil pengamatan yang semakin akurat membuat model heliosentris semakin banyak diterima. Hal ini datang dari Tycho Brahe dan Johannes Kepler. Brahe dinobatkan sebagai salah satu pengamat terbaik pada masanya. Didalam observatorium miliknya dengan menggunakan instrumentasi yang dibuat dan didesain sendiri, selama sekitar 15 tahun Brahe terus menyusun daftar keakuratan posisi untuk planet-planet di langit. Asistennya yaitu Johannes Kepler datang untuk bekerja dengan Brahe sesaat sebelum Brahe meninggal. Kepler menggunakan keterampilan matematikanya untuk mempelajari hasil pengamatan akurat milik Brahe dan kemudian mengusulkan tiga hukum yang secara akurat menggambarkan gerakan dari planet-planet di tata surya.