Najsławniejszym i najważniejszym dziełem Mikołaja Kopernika jest składająca się z sześciu ksiąg praca pt. „De Revolutionibus Orbium Coelestium” (pol. „O Obrotach Sfer Niebieskich”). Na jej stronnicach astronom opracował i ujął w ramy naukowe teorię heliocentryczną tym samym proponując alternatywny model wszechświata do zaproponowanego wcześniej przez Ptolemeusza systemu geocentrycznego.
Począwszy od roku 1524, Kopernik opisywał założenia teorii heliocentrycznej oraz dowody ją potwierdzające. Na 405 stronach manuskryptu opisał między innymi ruch obrotowy planet wokół słońca, ruch obrotowy księżyca wokół ziemi oraz ruchy innych gwiazd widocznych nocą nieboskłonie. Dzieło zostało po raz pierwszy opublikowane tuż przed śmiercią astronoma w Norymberdze, 21 marca 1543 roku i podług legendy dotarło do niego w ostatnim dniu jego życia.
Praca Kopernika wstrząsnęła ówczesnym światem nauki zdominowanym przez teologię chrześcijańską po przez podanie alternatywnego wyjaśnienia obserwowanych zjawisk astronomicznych do ówcześnie powszechnie akceptowanej teorii geocentrycznej, która potwierdzała wyższość istot stworzonych przez Boga po przez umieszczenie ich w centrum wszechświata. Kontrowersja wzbudzona przez dzieło doprowadziła do usunięcia z niego przedmowy astronoma przez teologa Norymberskiego Andreasa Osiandera, który zastąpił ją własną niepodpisaną; Podług niej praca zawierała jedynie hipotezę pozwalającą na konstrukcję efektywnych modeli matematycznych opisujących ruchy planet. Ta próba uniknięcia konfliktu z ówczesnym stanowiskiem kościoła okazała się niewystarczająca i w obliczu rosnącej popularności dzieła zostało ono wpisane do indexu ksiąg zakazanych w 1633 roku.
„De Revolutionibus Orbium Coelestium” jest niekwestionowanie najważniejszym dziełem Kopernika jednakże nie jedynym i przed nim naukowiec napisał co najmniej dwa inne:
-„Commentariolus” (pol. „Mały Komentarz”) jest powszechnie uznawany za pierwsze dzieło astronomiczne napisane przez polskiego astronoma już w 1512-1513 roku. W tym dziele Kopernik przedstawia siedem założeń dotyczących ruchu sfer w układzie heliocentrycznym:
1. Nie istnieje jeden środek wszystkich sfer niebieskich;
2. Środek Ziemi nie jest środkiem świata, lecz tylko środkiem ciężkości i sfery Księżyca;
3. Wszystkie sfery krążą wokół Słońca jako środka i dlatego w pobliżu Słońca znajduje się środek świata;
4. Odległość Słońca od Ziemi jest niezauważalnie mała w porównaniu z odległością do firmamentu;
5. Każdy ruch na firmamencie jest wywołany ruchem Ziemi, która się obraca w ciągu doby;
6. Ruch Słońca po niebie nie jest jego własnym ruchem, lecz skutkiem ruchu Ziemi i naszej sfery, z którą się obracamy wokół Słońca podobnie jak każda inna planeta; Ziemia wykonuje więc kilka ruchów;
7. To, co u planet wydaje się ich ruchem wstecznym lub posuwaniem się naprzód, nie pochodzi od nich, lecz od Ziemi, której ruch wystarczy dla wyjaśnienia tak wielu nierówności dostrzeganych na niebie.
-List przeciwko Wernerowi to drugie znane dzieło astronoma napisane przez niego we Fromborku 3 czerwca 1524 roku. W liście tym Kopernik krytykuje prace matematyczno-astronomiczne norymberskiego matematyka Johannesa Wernera. Szczególny nacisk Kopernik położył na błędy matematyka popełnione przy opisie gwiazd stałych.