Ωστόσο, το μεγαλύτερο πάθος του Κοπέρνικου έγινε η αστρονομία, η οποία τον κέρδισε από τότε που στα φοιτητικά χρόνια του αγόρασε ένα αντίγραφο των Αλφονσείων Πινάκων. Αυτός ο ερασιτέχνης αστρονόμος θα απορροφούνταν όλο και περισσότερο από τη μελέτη της κίνησης των πλανητών, και οι ιδέες του θα τον καθιστούσαν τελικά μία από τις πιο σημαντικές προσωπικότητες στην ιστορία της επιστήμης.Είναι εκπληκτικό ότι όλη η έρευνα του Κοπέρνικου περί αστρονομίας περιλήφθηκε σε μόλις 11/2 δημοσίευση. Ακόμη μεγαλύτερη έκπληξη προκαλεί το γεγονός ότι αυτή η 11/2 δημοσίευση δεν διαβάστηκε σχεδόν καθόλου στην εποχή του. To 1/2 αναφέρεται στο πρώτο του έργο, το Commentariolus («Μικρό Σχόλιο»)[1], το οποίο ήταν χειρόγραφο, δεν κυκλοφόρησε ποτέ σε μορφή εκτυπωμένου τόμου, αλλά περίπου το 1514, άλλαξε χέρια ανάμεσα σε ελάχιστους ανθρώπους. Παρ' όλα αυτά, σε ένα κείμενο μόλις είκοσι σελίδων, ο Κοπέρνικος συγκλόνισε το σύμπαν με την πιο ριζοσπαστική ιδέα στην αστρονομία για περισσότερα από χίλια χρόνια. Στην καρδιά αυτοΰ του φυλλαδίου βρίσκονταν τα επτά αξιώματα στα οποία βασίστηκε η θεώρηση του για το σύμπαν:
1. Το ουράνια σώματα δεν έχουν ένα κοινό κέντρο.
2. Το κέντρο της Γης δεν είναι το κέντρο του σύμπαντος.
3. Το κέντρο του σύμπαντος βρίσκεται κοντά στον Ήλιο.
4. Η απόσταση από τη Γη μέχρι τον Ήλιο είναι ασήμαντη σε σύγκριση με την απόσταση μέχρι τους αστέρες.
5. Η φαινόμενη ημερήσια κίνηση των αστέρων είναι αποτέλεσμα της περιστροφής της Γης γύρω από τον άξονα της.
6. Η φαινόμενη ετήσια ακολουθία των κινήσεων του Ήλιου είναι αποτέλεσμα της περιφοράς της Γης γύρω από αυτόν. Όλοι οι πλανήτες περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο.
7. Η φαινόμενη ανάδρομη κίνηση ορισμένων από τους πλανήτες είναι απλώς αποτέλεσμα της θέσης μας ως παρατηρητές σε μια κινούμενη Γη.
Τα αξιώματα του Κοπέρνικου ήταν ακριβή από κάθε άποψη. Η Γη πράγματι περιστρέφεται, η Γη και οι υπόλοιποι πλανήτες πράγματι περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο και αυτή η κίνηση πράγματι εξηγεί τις ανάδρομες πλανητικές τροχιές, ενώ η αποτυχία ανίχνευσης αστρικής παράλλαξης οφειλόταν στη μεγάλη απόσταση των αστέρων. Δεν είναι σαφές τι παρακίνησε τον Κοπέρνικο να διατυπώσει αυτά τα αξιώματα και να σπάσει την παραδοσιακή κοσμοθεώρηση, αλλά ίσως να επηρεάστηκε από τον Ντομένικο Μαρία ντε Νοβάρα, έναν από τους καθηγητές του στην Ιταλία. Ο Νοβάρα συμπαθούσε την πυθαγόρεια παράδοση, η οποία βρισκόταν στις καταβολές της φιλοσοφίας του Αρίσταρχου, και ο Αρίσταρχος ήταν ο πρώτος που πρότεινε το ηλιοκεντικό μοντέλο 1700 χρόνια νωρίτερα. Το έργο Commentariolus ήταν ένα μανιφέστο για μια αστρονομική ανταρσία, μια έκφραση της ενόχλησης και της απογοήτευσης του Κοπέρνικου για την άσχημη πολυπλοκότητα του αρχαίου πτολεμαϊκού μοντέλου. Αργότερα, καταδίκασε την πρόχειρη φύση του γεωκεντρικού μοντέλου: «Είναι σαν τον καλλιτέχνη, ο οποίος προκειμένου να φτιάξει τις εικόνες του, συγκεντρώνει τα χέρια, τα πόδια, το κεφάλι και άλλα μέλη από διάφορα μοντέλα του -το καθένα εξαιρετικά ζωγραφισμένο, αλλά αδύνατον να συνδυαστούν σε ένα σώμα-, και αφού δεν μπορεί να τα ταιριάξει με κανένα τρόπο, καταλήγει σε ένα αποτέλεσμα που μοιάζει με τέρας παρά με άνθρωπο.» Ωστόσο, παρά το ριζοσπαστικό του περιεχόμενο, το φυλλάδιο δεν προκάλεσε αναταραχή στους κύκλους της ευρωπαϊκής διανόησης, εν μέρει επειδή διαβάστηκε από ελάχιστους και εν μέρει επειδή ο συγγραφέας του ήταν ένας ασήμαντος ιερέας που εργαζόταν στις παρυφές της Ευρώπης.
Ο ίδιος είχε ετοιμάσει ένα πιο σκληρό πρόλογο. Σ' αυτόν ο Κοπέρνικος ήταν αρκετά σαφής ότι είχε την πρόθεση να υιοθετήσει μια επιθετική στάση απέναντι στους επικριτές του: «Ίσως να υπάρχουν φλύαροι οι οποίοι, παρ' ότι εντελώς άσχετοι με τα μαθηματικά, θα αναλάβουν να κρίνουν μαθηματικά ερωτήματα και, διαστρεβλώνοντας αποσπάσματα των Γραφών για το σκοπό τους, θα τολμήσουν να βρουν ψεγάδια στο εγχείρημα μου και να το λογοκρίνουν αυστηρά. Τους αγνοώ μέχρι του σημείου να περιφρονήσω την κριτική τους ως αβάσιμη».
Οι συγκρίσεις του γενετικού υλικού επιβεβαίωσαν ότι το λείψανο που είχε βρεθεί το 2005 στον καθεδρικό του Φρόμποργκ, στη βόρεια Πολωνία, ανήκει όντως στον «πατέρα» της σύγχρονης ηλιοκεντρικής αστρονομίας.
Ο Κοπέρνικος είχε διατελέσει ιερέας στον καθεδρικό του Φρόμποργκ ναό και συνεπώς ο ναός αυτός ήταν η πιθανή τελευταία κατοικία του.
Όπως μετέδωσε το Γαλλικό Πρακτορείο από τη Βαρσοβία, οι ειδικοί σύγκριναν το γενετικό υλικό δύο τριχών που είχαν βρεθεί στο Calendarium Romanum Magnum, ένα βιβλίο του Γιοχάνες Στέφλερ, το οποίο εκδόθηκε το 1518 και ανήκε στον Κοπέρνικο επί πολλά χρόνια, με ένα δόντι από το κρανίο και ένα κόκαλο που βρέθηκαν στο Φρόμποργκ. Όπως δήλωσε η ειδική της γενετικής Μαρί 'λεν από το σουηδικό πανεπιστήμιο της Ουψάλα, διαπιστώθηκε ότι όλα είχαν την ίδια γενετική αλληλουχία.
Μέχρι τώρα ο τάφος του Κοπέρνικου, που γεννήθηκε το 1473 στο Τόρουν της βόρειας Πολωνίας, αποτελούσε μυστήριο, παρά τις αναζητήσεις, επί δύο αιώνες, από Πολωνούς, Γάλλους και Γερμανούς ερευνητές.
Η ανακάλυψη έγινε τελικά από τον Πολωνό αρχαιολόγο Γιέρζι Γκασόφσκι, έπειτα από αίτημα του επισκόπου του Φρόμποργκ να μελετήσει τα εκατοντάδες απομεινάρια που είναι θαμμένα κάτω από τον ρωμαιοκαθολικό γοτθικό καθεδρικό της πόλης, η οποία βρίσκεται στην πολωνική βαλτική ακτή.
Το 2005 ανακαλύφθηκαν από τους αρχαιολόγους, κάτω από τα πλακάκια στο πάτωμα του καθεδρικού, το κρανίο και τα οστά ενός 70χρονου άνδρα, που παραδόθηκαν στο εγκληματολογικό εργαστήριο της πολωνικής αστυνομίας, η οποία σχεδίασε στον υπολογιστή μια πιθανή αναπαραγωγή του προσώπου, που είχε μεγάλη ομοιότητα με τα γνωστά πορτρέτα του Κοπέρνικου - συμπεριλαμβανομένης μιας ουλής πάνω από το φρύδι του και ενός σπασίματος στη μύτη.
Αν και η ηλιοκεντρική θεωρία είχε πρωτοδιατυπωθεί στην αρχαία Ελλάδα από τον Αρίσταρχο το Σάμιο, στη συνέχεια υποσκελίσθηκε από την πτολεμαϊκή γεωκεντρική θεωρία, που αργότερα είχε την υποστήριξη της ισχυρής Καθολικής Εκκλησίας. Ο Κοπέρνικος, με το έργο του De Revotutionibus Orbium Celestium, που εκδόθηκε λίγο πριν το θάνατό του το 1543, έφερε ξανά στο φως την κίνηση των ουράνιων σφαιρών (των πλανητών) γύρω από τον Ήλιο και όχι τη Γη, με συνέπεια να καταδικασθεί από τον Πάπα Παύλο τον 5ο το 1616, με το αιτιολογικό ότι αντιβαίνει στις Γραφές.
«Τώρα θα μπορέσουμε να αποδώσουμε τις οφειλόμενες τιμές στον Κοπέρνικο με ένα τάφο αντάξιο αυτής της επιφανούς ιστορικής προσωπικότητας» δήλωσε ο επίσκοπος του Φρόμποργκ, Γιάτσεκ Γιεζιέρσκι.