Новая звезда, появившаяся в его время, побудила Гиппарха предпринять составление звёздного каталога, чтобы дать потомкам возможность распознавать изменения, которые могла испытать картина звёздного неба. Кроме того, он понимал важность этого каталога для наблюдений Луны и планет. Он использовал метод, уже употреблявшийся Аристиллом и Тимохарисом. Плодом этой продолжительной и трудной работы было важное открытие прецессии равноденствий. Сравнивая свои наблюдения с наблюдениями этих астрономов, Гиппарх обнаружил, что звёзды изменили свои положения относительно экватора, но сохранили ту же широту над эклиптикой. Сперва он заподозрил, что это касалось только звёзд, расположенных в Зодиаке, но, заметив, что они все сохраняют своё взаимное расположение, он пришёл к заключению, что это общее явление. Чтобы его объяснить, он предположил у небесной сферы прямое движение вокруг полюсов эклиптики, откуда возникало попятное движение равноденствий по долготе относительно звёзд. Это движение показалось ему равным 1/360 части Зодиака в столетие. Но он представил своё открытие с осторожностью, которую ему должна была внушить малая точность наблюдений Аристилла и Тимохариса.
География должна быть признательна Гиппарху за метод определения положения точек на Земле их широтой и долготой, для чего он первый употреблял затмения Луны.
Многочисленные вычисления, требовавшиеся для всех этих изысканий, заставили его изобрести или, по крайней мере, усовершенствовать сферическую тригонометрию. К несчастью, все работы, сделанные им в этой области, погибли. Мы знаем о них только из «Альмагеста» Птолемея, передавшего нам главные элементы теорий этого великого астронома и некоторые его наблюдения. Сравнение их с современными наблюдениями позволило оценить их точность, а полезность, которую они до сих пор имеют для астрономии, заставляет жалеть об исчезновении других его наблюдений, особенно наблюдений планет; таких древних наблюдений дошло до нас очень мало. Единственная работа Гиппарха, дошедшая до нас, — это критические заметки о сфере Евдокса, описанной в поэме Аратоса; эта работа была написана до открытия прецессии равноденствий. Положения звёзд на этой сфере настолько ошибочны и для своей эпохи дают такие противоречивые результаты, что нельзя без удивления видеть, как Ньютон основывает на их грубых положениях хронологическую систему, значительно отклоняющуюся от дат, которые с большой вероятностью приписываются многим событиям древности.
Промежуток около трёх веков, отделяющий Гиппарха от Птолемея, дал нам Геминуса, трактат по астрономии которого дошёл до нас, и нескольких наблюдателей, таких как Агриппа, Менелай и Феон из Смирны. Отметим ещё состоявшуюся в эту эпоху реформу римского календаря, для которой Юлий Цезарь призвал из Александрии астронома Созигена. К этому же времени, по-видимому, относятся точные сведения о приливах и отливах моря. Посидоний открыл законы этого явления, которое, по своей очевидной связи с движениями Солнца и Луны, относится к астрономии и которому натуралист Плиний дал замечательное по своей точности описание.
Птолемей, родившийся в Птолемаиде в Египте, жил в Александрии около 130 г. н.э. Гиппарх своими многочисленными работами открыл новую грань астрономии. Но он оставил своим последователям заботу об уточнении своих теорий новыми наблюдениями и о создании тех теорий, которых ещё недоставало. Птолемей, следуя заветам Гиппарха, в своём большом труде, названном «Альмагестом», постарался дать полную систему астрономии.
Его наиболее важное открытие — это эвекция Луны. До Гиппарха движение Луны рассматривалось только по отношению к затмениям, в которых достаточно было учитывать лишь её уравнение центра, особенно, если полагать, как делал этот астроном, уравнение центра Солнца большим, чем истинное, что частично заменяло годичное уравнение Луны. По-видимому, Гиппарх понял, что это не представляет движение Луны в её квадратурах и что наблюдения давали в этом отношении большие аномалии. Птолемей тщательно проследил эти аномалии, определил их закон и с большой тщательностью установил их величину. Чтобы их представить, он мысленно заставил Луну двигаться по эпициклу, носимому эксцентриком, центр которого вращался вокруг Земли в направлении, обратном движению эпицикла.