Il primo abbozzo della teoria degli epicicli si deve a Platone (428 – 348 a.C. ), il quale propose che il movimento apparentemente caotico dei pianeti avrebbe potuto essere spiegato dalla combinazione di movimenti uniformi e circolari centrati sulla Terra.
Questa teoria fu sviluppata e perfezionata da un allievo di Platone, il matematico e astronomo Eudosso di Cnido (408-355 a.C.) che propose un modello di universo con al centro la Terra immobile, circondata da sfere soggette ognuna ad un diverso moto circolare uniforme. Ogni pianeta era collegato a più sfere e ne seguiva il moto. La sfera più esterna conteneva le stelle fisse. Il sistema ideato da Eudosso era composto da 27 sfere omocentriche, mediante le quali egli provava a dare una prima spiegazione ai moti planetari.
Il sistema fu perfezionato dall’astronomo greco Callippo di Cizico (370-300 a.C. circa), che aggiunse sette sfere alle originali 27 di Eudosso, e ulteriormente elaborato da Aristotele (384-322 a.C.), che provvide anche a fornirgli le basi filosofiche.
Aristotele riteneva che i corpi celesti si muovessero su sfere concentriche (in numero di 55, ventidue in più delle 33 di Callipo). La sfera delle stelle fisse è chiamata da Aristotele primo mobile perché metteva tutte le altre sfere in movimento. Poiché ogni effetto risale a una causa, il moto delle stelle fisse deve dipendere da una causa prima, il motore immobile, identificabile con la divinità suprema (mentre le altre divinità risiedevano all'interno del cosmo, presidiando al movimento delle singole sfere), sommamente perfetto ed eternamente identico a se stesso, immobile e distante dalle cose terrene. Il primo mobile si muove quindi per un desiderio di natura intellettiva, cioè tende a Dio come propria causa finale. Cercando dunque di imitare la sua perfetta immobilità, esso è contraddistinto dal moto più regolare e uniforme che ci sia: quello circolare. Come conseguenza di questa visione, Aristotele era convinto dell'unicità e della finitezza dell'universo.
Dopo Aristotele, la teoria di Eudosso fu scartata perché non era in grado di spiegare la variazione di luminosità dei pianeti, che in quanto corpi celesti dovevano essere considerati perfetti e immutabili. Il problema fu risolto da Eraclide Pontico (390-310 a.C) proponendo quella teoria che verrà poi chiamata da Ipparco e Tolomeo teoria degli epicicli.
La teoria degli epicicli prevede, per un pianeta interno come ad esempio Venere, un sistema di questo tipo. Il Sole ruota attorno alla Terra e Venere, a sua volta, ruota attorno al Sole. Venere quindi esegue un piccolo "ciclo" che si trova su un'orbita più grande (il termine "epì" in greco significa "sopra")
Per un pianeta esterno, come ad esempio Marte, le cose si complicano: il pianeta ruota attorno ad un centro C con lo stesso periodo di rotazione del Sole attorno alla Terra e, nello stesso tempo, il centro C ruota attorno alla Terra con lo stesso periodo di rotazione di Marte attorno al Sole.
Vengono spiegati in questo modo, sia i moti retrogradi (a causa del moto dell'epiciclo, nessun pianeta appare ruotare attorno alla Terra a velocità uniforme e sempre da ovest verso est, ma agli occhi di un osservatore terrestre, esso percorre, a ritmi regolari, anche un moto retrogrado - da est verso ovest), sia le variazioni di luminosità (il pianeta si avvicina e si allontana dalla Terra).
La teoria degli epicicli raggiunse la sua formulazione definitiva con Claudio Tolomeo (circa 100-175 d.C.), autore di importanti opere scientifiche, la principale delle quali è il trattato astronomico noto come Almagesto.
In questo lavoro, una delle opere scientifiche più influenti dell'antichità, Tolomeo raccolse la conoscenza astronomica del mondo greco, formulando un modello geocentrico, in cui il sole e la luna, considerati pianeti, avevano il proprio epiciclo centrato direttamente sulla Terra.
Questo modello del sistema solare, che da lui prenderà il nome di sistema tolemaico, rimase di riferimento per tutto il mondo occidentale (ma anche arabo) fino a che non fu sostituito dal modello eliocentrico di Copernico.
Copernico (1473- 1542) è considerato normalmente l’iniziatore del sistema eliocentrico; in realtà non fece altro che riprendere un’idea dell’astronomo greco Aristarco di Samo (310-230 a.C. circa), successivamente dimostrata - secondo la testimonianza di Plutarco (46-126 d.C. circa) - da Seleuco di Seleucia (II sec. a.C.). La teoria eliocentrica fu però rifiutata con forza da Tolomeo, le cui concezioni dominarono incontrastate fino, appunto, a Copernico.
Questi ripropose una teoria astronomica nella quale il sole e le stelle fisse sono immobili, mentre la Terra ruota attorno al sole percorrendo una circonferenza perfetta. In tal modo era costretto ad ipotizzare ancora l’esistenza di epicicli, perché in realtà i pianeti percorrono orbite ellittiche, come teorizzato in seguito da Keplero (1571-1630), che aprì la strada alla teoria della gravitazione universale di Newton (1642-1727).