希腊天文学的集大成者托勒密（约90年—168年）把前人的全部“地心”思想系统化，并巧妙地运用几何模型方法，建立了一个比较完整的地心体系，使古代天文学的发展达到了高峰。他撰写的13卷经典巨著《天文学大成》，被看作是古代天文学的百科全书，直到哥白尼革命之前，它一直是西方天文理论的最高权威。
托勒密吸收了阿波罗尼（公元前277年—公元前205年）、希帕克、亚里士多德的有关概念，建立了以地球为中心，太阳和行星围绕地球按本轮、均轮体系运动的天体模型。这个模型较好地解释了当时所观测到的许多天文现象，特别是对行星视运动的不规则性给出了较有说服力的说明。由于托勒密的模型的上述成就，更因为地心说与人们的直观经验以及狭窄生活范围所相应的心理（总以为自己居住的地方就是世界中心）相符，所以，这个学说得到广泛承认并流传下来。
托勒密本人认为，他的体系是建立在任何读者都能接受的一套合理的假定之上的，即使他们还不能理解所有的计算细节。在他的巨著中，他叙述了下面几条假定：[13]
天是球形的并且像球那样转动。
地作为一个整体也是球形的。
地位于整个天的中央，好像是一个中心。
由于地球的大小及其到布满恒星的那个天球的距离很大，地球对于恒星天球的关系犹如一个点。
地球不参与任何转动。
在他的著作中也含有那个古老的匀速圆周运动原则。这种匀速圆周运动是人们当时唯一可以想象出的天体的行为。
托勒密不仅完成了地心体系，而且还形成一种天文学的研究方法，这套方法分四步：
首先注重天象观测。他的地心说就是在许多世代积累的天文资料以及自己20多年的实际观测的基础上建立起来的。
其次，建立假说模型。他提出一条原则：在解释现象时应采用一种能够把各个事实统一起来的最简单的假说。
第三，运用几何论证。他主张把天文学建立在“算术和几何学无可争辩的方法”之上。
最后，检验理论结果。他把由假说模型进行演绎得出的定量的理论成果，重新和实际观测不断对照，逐步修正和完善自己的理论。在托勒密的研究方法中，最为突出的是几何图像和定量分析，它成为古希腊天文学的主要特色。[14]
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