Tradicionalmente la etapa comprendida entre la muerte de Alejandro Magno y la conquista de Grecia por Roma, se suele denominar como Helenismo, periodo con la suficiente entidad propia en todos los terrenos del saber humano para poderlo diferenciar de las anteriores etapas.
A lo largo de los tres siglos helenísticos, las teorías y modelos de Aristóteles serán perfeccionados y fijados de tal forma que compondrán uno de los legados a Occidente que se mantendrá por más de mil quinientos años.
Tradicionalmente la etapa comprendida entre la muerte de Alejandro Magno y la conquista de Grecia por Roma, se suele denominar como Helenismo, periodo con la suficiente entidad propia en todos los terrenos del saber humano para poderlo diferenciar de las anteriores etapas. A lo largo de los tres siglos helenísticos, las teorías y modelos de Aristóteles serán perfeccionados y fijados de tal forma que compondrán uno de los legados a Occidente que se mantendrá por más de mil quinientos años.
En estos momentos destacan las figuras de:
•Aristarco de Samos (310-230 a.C.) Perteneciente a la escuela de Alejandría rehusó totalmente el modelo aristotélico del cosmos proponiendo la idea de un movimiento de traslación de la tierra alrededor del sol, pasando éste a ser una estrella fija. Es por tanto la primera teoría heliocéntrica que se conoce, no por información directa del filósofo, sino por los comentarios que de éstas ideas realizaron otros escritores como Arquímedes, Plutarco, Aetus o Galeno entre muchos. Tales ideas casi le cuestan la vida al ser consideradas como impías, motivo tal vez por el cual no tuvieron continuación en ninguno de sus discípulos, a excepción del babilonio Seleno, cien años después. De cualquier forma habrá que esperar 17 siglos para que Copérnico vuelva a cuestionarse el modelo aristotélico. Los avances de Aristarco se deben en gran medida a las formulaciones matemáticas de la geometría de Euclides. De tal forma que aplicó figuras geométricas a la hora de triangular las distancias entre sol-luna-tierra, obteniendo por ello no sólo confirmaciones a sus teorías heliocéntricas, sino también datos bastante significativos sobre distancias y tamaños de estos tres cuerpos
•Eratóstenes de Cirene (276-194 a.C.)
Más que un modelo de cosmos, la aportación de Eratóstenes al conocimiento del mundo vino dada por sus estudios sobre las dimensiones de la tierra y por ende de su posición comparativa respecto al sol y la luna. El método de Eratóstenes era muy simple: el día del solsticio de verano el Sol pasa justo por el cenit de Siena, (antigua ciudad egipcia). El mismo día un obelisco en Alejandría arroja una sombra mínima al mediodía que indica que el Sol pasó 1/50 de círculo (unos 7,2º) al sur del cenit de Alejandría. Eratóstenes interpretó esta observación como indicadora que la vertical de Siena y Alejandría deben formar un ángulo de 7,2º en el centro de la Tierra, ya que los rayos del Sol incidentes en ambas ciudades son esencialmente paralelos por encontrarse el Sol a gran distancia de la Tierra. Siendo así, el arco que une Siena y Alejandría debe corresponder a un cincuentavo de círculo. Como la distancia entre ambos sitios es de 5.000 estadios, esto indicaba 250.000 estadios para la circunferencia terrestre. Ese valor fue modificado a 252.000 estadios para obtener la cifra redonda de 700 estadios por grado. Medida que se aproxima bastante a los datos científicos que en la actualidad disponemos.
•Apolonio de Perga (262-200 a.C.) 
Apolonio lleva a término la geometría de Euclides y Arquímedes. No conservamos en la actualidad ningún escrito sobre astronomía, pero sabemos a partir de Ptolomeo que estudió los movimientos de los planetas, sumando a la idea de excéntricos propuesta por Aristarco, móviles, epiciclos y deferentes; es decir diferentes tipos de movimientos en los astros de rotación y de traslación unos con otros con el fin de poder dar una respuesta satisfactoria al problema de las irregularidades en sus movimientos.
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Hiparco de Nicea (190-120 a.C.) Este astrónomo ahondó en la idea de epiciclos y deferentes para poder explicar los movimientos de los planetas, si bien su mayor contribución al estudio del cosmos, viene dada por sus estudios en la catalogación de las estrellas, su clasificación en magnitudes según su brillo (la misma que se utiliza en la actualidad) y su concepción del paso del tiempo como modificador a largo plazo de la realidad visible, de ahí que el cielo observable por él no sería el mismo que el que observaron astrónomos anteriores. Esta idea hizo posible deducir los cambios de inclinación en el eje de la tierra y por ende poder precisar con mayor exactitud eclipses y movimientos planetarios.
•Claudio Ptolomeo (100-170 d.C.) 
Ptolomeo será el último gran astrónomo de la Antigüedad. Entre los años 127 y 150 de nuestra era, escribió 13 tratados de astronomía (conocidos como Almagesto) en donde recogerá todo el saber anterior con respecto al cosmos y sentará unos postulados que terminarán convirtiéndose en dogma para la ciencia hasta el siglo XVI: La Tierra es un punto comparada con la esfera celeste. La Tierra no tiene movimiento de traslación porque, en primer lugar, debe haber un punto fijo al cual referir el movimiento de los otros y segundo, porque los cuerpos pesados descienden hacia el centro del Universo, que es el centro de la Tierra. Como aportaciones propias, perfeccionó la teoría de los epiciclos por los que cada planeta se traslada realizando un pequeño circulo, a la vez que gira alrededor de la tierra describiendo un círculo mayor (deferente). De igual manera realizó, una relación ordenada de planetas, la misma que se mantendrá hasta Copernico 
(Tierra, Venus, Sol, Marte Júpiter, Saturno y estrellas fijas). También a Ptolomeo se le atribuye la ejecución de un mapamundi, “único y exacto” para la ciencia hasta la llegada del Renacimiento.
