Munkásságán alapult Ptolemaiosz (geocentrikus) világképe. A görög tudományban ő ismerte fel a napéjegyenlőség precesszióját, azt a tényt, hogy az égi Egyenlítő és a nappálya, az Ekliptika metszéspontja, a tavszpont évről évre egy irányban továbbhalad az Egyenlítőn. Meghatározta a Hold Föld körüli keringésének, a Hold-hónapnak a hosszát. Az általa adott érték (29 nap, 12 óra, 44 perc, 2,5 másodperc) mindössze 1 másodperccel tér el a ténylegestől.
Több műszert is szerkesztett. Az asztrolábium (csillagok szögtávolságának mérésére két egymásba illesztett forgatható gyűrű diopterekkel, irányzó résekkel) és a dioptra tökéletesítése is az ő érdeme.
Eratoszthenész térképészeti munkáját ő fejlesztette tovább. Véleménye szerint Eratoszthenész kevés csillagászati helymeghatározást használt fel térképe készítésénél. Jó térkép készítéséhez minél több szélességi és távolsági adat felhasználását tartotta szükségesnek.
Megalkotta a gömbháromszögtant. Ennek ismeretei révén és a koordináták bevezetésével megmérte számos (kb. 850) csillag helyzetét. A hagyomány szerint hatféle módon tudta meghatározni a földrajzi szélességet:
Vetülettani munkássága is jelentős. Megalkotta az ortografikus és a sztereografikus vetületeket. Előbbit tartják egyesek az első vetületnek. Ő ábrázolta elsőként "egymás felé hajló" egyenesekként a hosszúsági köröket egy másik vetületében. Az első fokhálózat kialakítását is az ő nevéhez fűzik. A földrajzi fokhálózatában az égi Egyenlítővel párhuzamos köröket platos, a Sarkcsillagon átmenő (hosszúsági) köröket mekos névvel illette. A kezdő mekos a Rhodosz felett áthaladó meridián volt.