С древних времен люди проводили регулярные наблюдения за положением Луны.

Клавдий Птолемей определил цель этих наблюдений так: «Так как Луна кажется нам движущейся неравномерно как по широте, так и по долготе, т.е. она не всегда в одинаковые времена проходит круг через середины зодиакальных созвездий и совершает возвращение к той же широте, то без определения времени, необходимого для восстановления ее аномалии, невозможно найти и другие периоды ее движений (по долготе и широте). Согласно произведенным подробным наблюдениям, она может иметь наибольшие, наименьшие и средние (скорости) движения во всех частях зодиака, и точно так же во всех частях зодиака она бывает и самой северной, и самой южной, и находящейся на самом круге, проходящем через середины зодиакальных созвездий; поэтому естественно, что древние математики старались найти некоторый промежуток времени, в течение которого Луна всегда совершала бы одинаковое движение по долготе, так как только по истечении этого промежутка могла бы быть восстановленной аномалия. По вышеизложенным причинам, сопоставляя наблюдения лунных затмений, они пытались определить интервал, содержащий целое число месяцев, такой, что каким бы способом ни отсчитывать это число месяцев, расстояние, пройденное (Луной) по долготе, будет всегда одним и тем же, т.е. будет содержать равное число целых оборотов (по долготе), или с добавлением каких-нибудь равных дуг» [10, Кл. Птол. Алмагест. Книга IV, стр. 104].

Одним из первых знаковых циклов, используемых древними при наблюдениях за Луной, был цикл затмений или сароса – 6585,3211 суток или 18,03 тропического года.

Собранные в течение нескольких последних столетий до н.э. вавилонскими и персидскими астрономами наблюдения показали, что орбитальная скорость Луны вдоль эклиптики была переменной и ее широта может варьироваться до 5° к северу или к югу от эклиптики. По другим планетам отклонение их положения относительно эклиптики в то время были не зафиксированы. Но уже тогда было известно, что, медленно двигаясь через знаки, линия апсид лунной орбиты завершила революцию в 8,852 года и что линия Узлов движется в обратном направлении, завершив революцию в 18,603 года.

Около 433 г. до н. э. астроном Метон ввел 19-летний цикл, впоследствии получивший название метонового цикла. Этот период содержит 6940 суток и почти в точности равен 235 лунным синодическим месяцам. Метонов цикл упростил задачу составления календарей. Спустя столетие другой астроном, Каллипп (370—300 гг. до н. э.), объединил четыре метоновых цикла. Такая методика имеет основание и прослеживается по циклам затмений [5, стр. 24—29], но иногда в затмениях наблюдается и цепочка из пяти метоновых циклов. Каллипп же уточнил обнаруженное Эвктемоном неравенство четырех времен года. Он был учеником и помощником Аристотеля, а последний был автором геоцентрической системы мира. Птолемей, как астроном и математик, позаимствовал эту идею у него, и развил, да так, что геоцентрическая система мира сейчас и называется «системой Птолемея».

Тимохаррис и Аристилл, вероятно, первыми проводили позиционные наблюдения звезд, определяли их склонение и прямое восхождение – координаты в экваториальной системе. Каталогами их наблюдений за звездами и затмениями пользовались последующие астрономы. Гиппарху они помогли доказать существование прецессии.

Аристарх Самосский (310—230 гг. до н. э.) продолжал наблюдение за звездами и предложил гелиоцентрическую систему мира. До него только Гераклид Понтийский (388—315 гг. до н. э.) предполагал суточное вращение Земли вокруг своей оси и считал, что Меркурий и Венера вращаются вокруг Солнца, но в его системе Солнце вращалось вокруг Земли.