L'héliocentrisme est l'idée du Soleil au centre. Bien que le texte original ait été perdu, une référence dans le livre d'Archimède The Sand Reckoner décrit un autre ouvrage d'Aristarque dans lequel il avance le modèle héliocentrique comme hypothèse alternative. Archimède a écrit :
Vous (le roi Gélon) savez que l'"univers" est le nom donné par la plupart des astronomes à la sphère dont le centre est le centre de la Terre, tandis que son rayon est égal à la ligne droite entre le centre du Soleil et le centre de la Terre. C'est le compte rendu commun que vous ont donné les astronomes. Mais Aristarque a publié un livre contenant certaines hypothèses, dans lequel il apparaît, en conséquence des hypothèses formulées, que l'univers est plusieurs fois plus grand que l'"univers" que nous venons de mentionner. Ses hypothèses sont que les étoiles fixes et le Soleil restent immobiles, que la Terre tourne autour du Soleil sur la circonférence d'un cercle, le Soleil se trouvant au milieu du sol, et que la sphère des étoiles fixes, située à peu près au même centre que le Soleil, est si grande que le cercle dans lequel il suppose que la Terre tourne est proportionnel à la distance entre les étoiles fixes et le centre de la sphère par rapport à sa surface.
Ainsi, Aristarque croyait que les étoiles étaient très loin, ce qui est une étape importante. Par conséquent, il n'y avait pas de parallaxe observable, c'est-à-dire un mouvement des étoiles les unes par rapport aux autres pendant que la Terre se déplace autour du Soleil. Les étoiles sont beaucoup plus éloignées que ce que l'on croyait généralement dans l'Antiquité, et la minuscule quantité de parallaxe stellaire n'est détectable qu'avec des télescopes.
L'ancien modèle géocentrique expliquait la parallaxe planétaire, et était supposé être la raison pour laquelle aucune parallaxe stellaire n'était observée. Le rejet de la vue héliocentrique était courant, comme le suggère le passage suivant de Plutarque (Sur la face apparente dans l'orbite de la Lune) :
Cleanthes [un contemporain d'Aristarque et chef des stoïciens] pensait qu'il était du devoir des Grecs d'inculper Aristarque pour avoir mis en mouvement le cœur de l'univers... en supposant que le ciel reste au repos et que la terre tourne en cercle oblique, tout en tournant autour de son propre axe.
- Tassoul, Histoire concise de la physique solaire et stellaire
Le seul autre astronome de l'Antiquité connu de nom et dont on sait qu'il a soutenu le modèle héliocentrique d'Aristarque est Séleucus, un astronome hellénistique qui a vécu un siècle après Aristarque.
La théorie héliocentrique a été reprise avec succès près de 1800 ans plus tard par Copernic, après quoi Johannes Kepler et Isaac Newton ont donné l'explication théorique basée sur les lois de la physique, à savoir les lois de Kepler pour le mouvement des planètes et les lois de Newton sur l'attraction gravitationnelle et la dynamique.
