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通常，行星在天穹上是自西向东穿行于群星之间的。然而，每颗行星都会发生这种情况：其视运动渐渐减慢，直到某一时刻完全停住；然后倒退着从东往西移动一段，尔后再度停顿；接着又重新朝正常的方向前行。行星在天穹上自西向东运动称为“顺行”，自东往西运动称为“逆行”。由顺行到逆行，以及由逆行到顺行之间“停住”的瞬间则称为“留”。
古希腊人坚信匀速圆周运动是最完美的运动形式。为了解释行星运动时快时慢的原因，他们的第一种几何学设计是：行星确实在作匀速圆周运动，但地球却偏在一边，并不正好在圆心上。行星在这样的偏心圆上运行，它与地球的距离就在不断改变；从地球上看去，它的视运动速度也在不断变化。这种思想可溯源于公元前2世纪的依巴谷，当时他已提出：太阳在一个圆轨道上环绕地球作匀速运动，地球则位于偏离圆心1/24半径处。
为了解释行星的逆行，古希腊天文学家的第二种几何学设计是：行星各沿自己的“本轮”匀速转动，圆形的本轮就是转动的轨道；同时，本轮的中心又沿着更大的圆形轨道环绕圆心处的地球匀速转动，这种更大的圆称为“均轮”。这种“本轮—均轮说”，起初是古希腊数学家和天文学家阿波罗尼乌斯在约公元前3世纪末提出的。如果相对于本轮中心在均轮上的运动来说，行星在本轮上运动得足够快的话，那么它就会发生逆行。
地心说解释行星运动基本特征的本轮—均轮体系示意图水星
古代希腊天文学的集大成者是托勒玫。他生于约公元100年，卒于约170年。有人从托勒玫的名字猜想，他或许是公元前305年到公元前30年统治埃及的托勒密王朝的王族后裔。但实际上，他可能是因出生地上埃及的托勒迈城而得名的。托勒玫留下的观测记录表明，他的天文观测都在亚历山大城进行。没有证据表明他曾经在其他地方生活。
古希腊天文学之集大成者托勒玫Ⓦ
托勒玫综合自阿波罗尼乌斯以来用本轮—均轮体系或者用偏心圆解释天体运动的学说，再加上他本人的独创，提出一个完整的地心宇宙体系，即托勒玫地心说。他在亚历山大城完成的《天文学大成》一书中，详尽地阐述了这一地心体系：地球是宇宙的中心，日月星辰均绕地球转动；五颗行星各沿自己的本轮匀速转动，本轮的中心又在均轮上环绕地球匀速转动；但均轮是一些偏心圆，地球并不在均轮的圆心上；日、月、行星在轨道上运动的同时，还与所有的恒星一起，每天绕地球转动一周。托勒玫精巧地选取各个行星的均轮半径与本轮半径之比、行星在本轮上以及本轮中心在均轮上运动的速度，以及本轮平面与均轮平面相交的角度，使推算的行星动态尽量与实际的天象相符。
托勒玫体系明确肯定大地为球形，试图对天体运动的观测资料进行理论概括，并能预告太阳、月亮、行星等的位置，在历史上起过相当的进步作用。对古代的肉眼观测来说，按照托勒玫体系预测行星运动的精确度令人满意。直到14个世纪之后，天文观测精度有了较大进步，这一体系才显得难以为继了。托勒玫的《天文学大成》是古希腊天文学的“百科全书”，也是中世纪欧洲和阿拉伯天文学家的经典读物。正是通过这部著作，人们才知道了依巴谷和其他早期希腊天文学家的大量工作。
托勒玫之后，古希腊天文学后继乏人，大批经典著作渐渐被束诸高阁，甚至佚失。公元750年，穆斯林阿拔斯王朝建立，对文化科学事业颇为重视。其第三代统治者哈伦·拉希德下令翻译古希腊典藉，他的儿子马蒙继位后更是加紧推进。9世纪下半叶，《天文学大成》从希腊文译成阿拉伯文。12世纪上半叶，阿拉伯人伊什比利使用阿拉伯文修订《天文学大成》，取名《增订天文学大成》。1175年，意大利翻译家杰拉尔德又将《增订天文学大成》译成拉丁文。在托勒玫和哥白尼之间的漫长岁月中，阿拉伯天文学家起了承前启后的重要作用。《天文学大成》曾于元朝传入中国，但直至明朝末年才由徐光启对它作了简介。
托勒玫的地心宇宙体系示意图Ⓞ
托勒玫写了许多书。他在《光学》中阐述光的折射理论，具有相当高的科学价值。他以古罗马时代对欧洲、亚洲和非洲的了解为基础，写了8卷《地理学》，其中还有精心标记经纬度的地图。但在关于地球大小的问题上，托勒玫犯了个大错误：他没有采纳埃拉托色尼的结果，而是接受了波西冬尼斯估测的地球周长——约29000千米。这个数值太小了，以至于使哥伦布相信，从欧洲向西航行，越过大西洋就可以达到亚洲。