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古希腊人最先把对宇宙的认识和宗教观念分割开来，并力图建立一个统一的宇宙模型去解释天体的复杂运动。
泰勒斯是公元前7世纪古希腊著名的自然科学家和哲学家，是“希腊七贤”之一。他曾预言了公元前585年5月在土耳其发生的一次日食。泰勒斯认为，水是世界初始的基本元素。大地从海底升起，并被海水包围着，海水在世界的尽头落入地狱之中。
泰勒斯的门生阿那克西曼德绘制了世界上第一张全球地图。他认为，天空是一个完整的球体，而不是悬在大地上方的半球拱形。天空围绕着北极星运转，而地球则是一个自由浮动的圆柱体，人类处于圆柱体的平坦的一端，而人类的世界只是无数世界中的一个。在大地的周围环绕着空气天、恒星天、月亮天、行星天和太阳天等。
以发现勾股定理而闻名于世的古希腊数学家毕达哥拉斯提出了地球是球形的理论。他认为，地球是球形自转的天体，太阳、月亮、行星等天体的运动都是均匀的圆周运动。他把10作为一个完美的数字，并以此造出宇宙模型。宇宙的中心是中央火，地球、太阳以及其他星球都环绕在中央火周围。地球围绕着中央火转动，而在另一侧则有一个“对地星”与之平衡。这样一来，中央火、地球、对地星、太阳、月亮，再加上当时已知的水星、金星、火星、木星、土星五大行星，刚好是10个天体。
到了公元前2世纪左右，埃拉拖色尼又测量了地球的大小。他选择了同处一条子午线上的西恩纳城和亚历山大城，在正午时分测量两城太阳位置的偏差，并据此及两城之间的距离，算出了地球的半径大约是7300千米。而经过后世人们的测量计算，地球的平均半径约为6371千米。