1491年，乌卡什·瓦兹洛德舅舅把19岁的哥白尼送到了克拉科夫大学（后来改称雅盖隆大学）读书。大学生活的开始，成了哥白尼一生中的转折时刻。
克拉科夫给19岁的哥白尼留下了深刻的印象。地处东西欧交叉路口的克拉科夫，经济繁荣，文化发达。克拉科夫在当时不仅是波兰政治、经济的中心，也是波兰的文化、科学和社交活动的中心。在克拉科夫，哥白尼看到了雄踞全城最高点的瓦维尔王宫和城市里最引人注目的那些豪华壮观的市民住宅。走在宽广的大街上，哥白尼可以听到五花八门的语言。作为当时波兰的首都，克拉科夫吸引了无数的外国人来到这里，他们不仅为克拉科夫的人们带来了新的风俗和新的时装式样，也为像哥白尼这样渴求知识的人带来了新的世界观和人生观。
克拉科夫大学是一所欧洲闻名的大学，天文学基础比较好，对学生的要求很严格。尽管这样，好学的哥白尼还是感到不满足。他除了学好学校规定的课程外，还收集了大量的天文学和数学方面的书籍，认真钻研。遇到不懂的地方，就主动地去找老师请教。
在克拉科夫大学，对哥白尼影响最大的，莫过于当时在天文系任教的沃伊切赫教授了。沃伊切赫教授是一位视野开阔、知识渊博的学者，也是当时欧洲最有名的天文学家之一。哥白尼对沃伊切赫教授非常敬佩，他觉得教授的讲授十分精辟，明白易懂。哥白尼如饥似渴地听了沃伊切赫教授讲授的全部课程，并且在沃伊切赫教授的指导下，开始深入地钻研天文学、数学，学会了使用和制作天文仪器，进行天文观测。
当时，在天文学领域占统治地位的是托勒密的地球中心说。这个学说认为，地球静止不动地处在宇宙的中心，日、月、星辰都在它们各自所属的那一层天球上围绕着地球运转；而我们每天所看到的日、月、星辰的东升西落、昼夜交替等现象，就是由于这些天球围绕地球旋转的结果。例如，五大行星（金星、木星、水星、火星、土星），它们有时向东移动，有时向西移动，有时候又好像停留在星空中不动了。
托勒密的地球中心说的宇宙观和基督教的宇宙观有共同之处。基督教认为：上帝按照自己的形象创造了人，并且把人放在宇宙的中心——地球上；宇宙中的一切事物，包括日、月、星辰，都是上帝为人而创造的；上帝让日、月、星辰等绕着地球转，就是为了在白昼、黑夜给人以光明，如此等等。因此，基督教接触到托勒密的学说后一拍即合。就这样，托勒密的地球中心说成了基督教神学宇宙观的理论基础，从而也成了束缚人们思想的锁链，阻碍科学的发展。
漆黑的夜空，像浓黑无比的墨汁。细雨飘零的缝隙中，间或透出点点红色的烛光。这烛光，在黑夜中显得那么耀眼，那么明亮。
已经是深夜了。克拉科夫大学的校园里一片寂静。此时，只有哥白尼一个人还坐在图书馆里细心研读着托勒密的那本有关天体运动理论的《天文集》。本来，图书馆规定晚上10点钟后不允许再有学生待在这里。可是，当沃伊切赫教授发现哥白尼经常在图书馆闭馆后，一个人在宿舍的过道里点着蜡头学习后，就找图书馆长商量。于是，图书馆破例让哥白尼随时都可以到这里来看书学习了。
几年的大学生活和实践观测，使哥白尼学到的东西越来越多。但他对学到的知识常常要问一个为什么，常常要反复推敲，决不人云亦云，亦步亦趋。在科学的道路上，他主张独立思考，走自己的路。他那种大胆的探索精神，常常使他产生许多奇怪的念头。他敢于同一切旧的观念作斗争，决不被名家的学术观点所吓倒。他认为，在学术领域里没有权威，没有学阀，只有无止境的攀登。他从不崇拜、迷信任何人。就拿托勒密来说吧，尽管哥白尼对托勒密的天体运行理论十分尊重，但是，他也从中发现了许多矛盾。哥白尼记得与沃伊切赫教授一起进行天文观测时发现，实际的观测和用托勒密学说推断的结果经常发生矛盾。在日益精密的天文观测面前，它破绽百出。沃伊切赫教授对哥白尼说：“看来，按照托勒密的理论，不会有弥补住漏洞的希望。”天文观测的事实，使哥白尼不得不怀疑，托勒密的学说一定有着根本的缺陷。
在看出了这些缺点之后，哥白尼产生了建立新的宇宙结构体系的想法。他想：“也许能够找出这些圆形的一种更合理的排列，使每一个明显的偏差都可以从它推出来，根据这种排列每个天体都在绕着它合适的中心均匀地转动着，如同绝对运动的规律所要求的。”
当然，要建立一个新的宇宙体系并不是一件轻而易举的事情。多少个夜晚，哥白尼用天文仪器观察着不断变化着的天体运动，寒冷和关节炎的疼痛都不能使他放弃观测。就这样，哥白尼不断地用前人的总结和自己的实际观测来检验托勒密的有关天体运动的一整套理论。经过一番认真的剖析，哥白尼认为，托勒密和其他绝大多数天文学家的行星理论，虽然和数字资料符合，但还是遇到了不少的困难，因为这些理论是不充分的，除非引用焦点的概念。这样看来，行星既不在它的均轮上，也不绕着它的本轮中心作等速运动。因此，这样的一个系统似乎不是绝对的，也不能充分地令人满意。一天晚饭后，哥白尼来到了沃伊切赫教授家，他要把自己的想法告诉自己最信赖的老师。因为正是这位老师的异常重要的发现（即月亮的轨道并不像以前人们说的那样圆，它实际是椭圆形的），使哥白尼对当时人们普遍信奉的理论和法则产生了怀疑，同时也唤起了哥白尼对天文学的终生兴趣。也正是这种兴趣和怀疑不断地激励着哥白尼去一步一步地实现那具有划时代意义的重大发现。
沃伊切赫教授亲自来开了门，并把哥白尼让进了书房。
坐下后，沃伊切赫教授微笑着对哥白尼说：“又有什么问题吗？”沃伊切赫教授在哥白尼来到克拉科夫大学的不长一段时间里，就惊喜地发现了哥白尼是一个在专业学习上博采众长、具有特殊观察力的学生，他打心眼儿里喜欢这个学生。他觉得哥白尼是一个在科学的征途上不辞劳苦的人，具有一种披荆斩棘的探索精神。他也佩服哥白尼的顽强意志和坚韧的毅力。他在哥白尼的身上看到了一股闪现着敢于同一切错误观点决裂的思想火花。
“教授，我觉得目前天文学上的根本问题是……”哥白尼正想接着往下说，沃伊切赫教授给哥白尼倒了一杯水，微笑着对他说：“先别急，喝口水再往下说。”
哥白尼呷了口水，开始顺着自己的思路讲了起来：“神学家们讲起宇宙的时候，总是说地球是静止不动的。他们有四条理由。第一条理由是希腊的一个神话。据说巨神阿特拉斯在反抗主神宙斯失败之后，被罚站在世界西边的尽头上，用肩膀托住地轴，用头和手顶住天空，所以地球就静止不动了。第二条理由是以物理学为根据的。据说阿拉伯王穆罕默德的灵柩在拱形墓室里凌空悬着，四处都不沾边，什么支撑的东西也没有。这就证明了地球是静止不动的，否则灵柩就没法保持原位了。第三条理由是从这个例子引伸出来的。据说如果地球会运转，不仅灵柩不能保持原位，就连地上的石头也会抛起来，滚落到这转着的地球的后面去。最后一条理由是，地球如果在不停地运转，海水就会泛滥成灾，整个地球就会被大海所淹没。”
“你认为这些证明怎么样呢？”沃伊切赫教授问道。
“依我看，它们都站不住脚。”哥白尼说，“拿第二条理由来说，表面上头头是道，其实是驴唇不对马嘴。穆罕默德的灵柩并不是没有支托，它是用一块大磁铁牢牢地吸住的。地球静止不动也好，运转不停也好，对它反正都是一样的，它是感觉不到的。”
“这就是你要告诉我的目前天文学上的根本问题吗？”沃伊切赫教授问哥白尼。
“这是一半，还有一半，那就是天体运行的轨迹。”说到这儿，哥白尼从口袋里掏出了那张托勒密著名的星象图。在这张星象图上画着大大小小的圆圈。中央是个小小的圆点，它是地球，也是宇宙的中心。地球周围有七道逐渐扩大的圆圈，是星体运行的轨道。跟地球离得最近的是月亮，稍远的是水星和金星，然后是光度最亮的太阳。另外就是高出太阳的三个星体——火星、木星和土星。
哥白尼看了沃伊切赫教授一眼，说道：“这份星象图也是错误的。”见沃伊切赫教授含笑朝他点点头，哥白尼便大胆地继续说：“应该把它颠倒过来，叫地球围绕着太阳转，而不是像现在这个样子。只有这样，日升月落的现象才能够得到更合理的解释。”
这是多么大胆的设想啊，这是在向神学挑战！沃伊切赫教授的双手颤抖了。他为有哥白尼这样的学生而感到骄傲。他似乎看到了，天文学上的一颗新星正在冉冉升起。他站起身来，用深沉的声音对哥白尼说道：“哥白尼，你的确抓住天文学的根本问题了，继续努力吧，相信你一定会在天文学领域开拓出一片崭新的天地。”
1496年，哥白尼在克拉科夫大学毕业后，为了继续深造，从1496年到1506年，哥白尼曾两次翻越白雪皑皑的欧洲屋脊——阿尔卑斯山，来到欧洲文艺复兴运动的摇篮意大利留学。在意大利期间，他先后在柏伦诺、帕多瓦和斐拉拉等大学学习。
在意大利，哥白尼亲身体验到了文艺复兴运动所带来的学术思想的活跃气氛，并使他有机会直接和意大利文艺复兴运动中的杰出人物如达·芬奇和达·诺瓦拉等接触和交换意见。特别是哥白尼的老师达·诺瓦拉，他是当时意大利波伦尼亚的文艺复兴运动的领袖之一，同时也是一位天文学家，他对托勒密天文学体系也抱有怀疑。哥白尼曾和他一起探讨过如何改进托勒密天文学体系的问题，他们师生二人还进行过许多次的天文观测，达·诺瓦拉老师对哥白尼的思想产生了很大的影响。
在意大利，对哥白尼来说，最直接的启发还是希腊的古代哲学。
欧洲文艺复兴的时代是以返回到希腊人而开始的。当时在拜占庭灭亡的时候抢救出来的手抄本，从罗马废墟中发掘出来的古代雕像，在人们面前展示了一个崭新的世界——希腊的古代。在它的光辉的形象面前，中世纪的幽灵消逝了，意大利出现了前所未有的艺术繁荣。
哥白尼就是在这种思潮的影响下，刻苦地学习希腊文，研究希腊哲学家们的著作。
为了寻求科学的宇宙理论，哥白尼如饥似渴地钻研那些未曾受到中世纪神学污染的古代著作。他发现希克达斯早就指出：“地球绕着自己的轴很快地转动。”弗洛劳斯则指出地球和其他天体一样在围绕着天空中的一个中心旋转。这些比托勒密更古老的卓越见解给了哥白尼很大的启发。他想：如果假定地球是运动的，能不能对天体运动作出更合理的解释呢？不过考虑地球在运动，就会面临许多问题。因此，首先需要回答的就是，在我们的感觉上，不是“地球静止不动，日月绕地而行”的吗？错误的理论是否来自错误的方法呢？无数次的沉思后，终于，哥白尼通过深入的分析找到了解决问题的钥匙——运动的相对论。
哥白尼在读书札记中写道：“这就启发了我也开始考虑地球的运动。虽然这种看法似乎很荒唐，但前人既然可随意想象圆周运动来解释星空现象，那么我更可以尝试一下，是否假定地球有某种运动能比假定天球旋转得到更好的解释。”
这种想法的产生，为哥白尼创立太阳系的学说奠定了思想基础。然而，这仅仅是一种想法而已。有了这些思想，新的宇宙结构体系并不是就此诞生了，还需要进行科学的论证。要证明它，这个工作是更艰巨的，但它的前景却又是那么的吸引人！
为了攻克这一天文学上的难题，哥白尼在意大利学习期间，进行了大量枯燥的计算工作，反复核算了各种历法。由于编写历法的需要，他还观察并记录了大量的天象材料。在克拉科夫大学学习期间，哥白尼已经掌握了计算时间和推算日历的繁琐技术。现在在意大利帕多瓦大学学习，随着数学知识的增长，哥白尼进一步完善了自己的计算技术。
哥白尼虽然向神学提出了挑战，可是哥白尼很清楚，他的太阳中心说还只是一种假想，科学家应该拿出真凭实据来。为了这个，哥白尼决心花上一辈子的功夫，不断地观测，不停地运算。
在意大利的波伦亚大学里，哥白尼和他的老师——著名的天文学家多米尼克·玛利亚经过对月球和星象的反复观测，从中发现，托勒密对月球的解释，即月亮的体积时而膨胀、时而收缩，满月是膨胀的结果、新月是收缩的结果这一结论是很荒谬的。可是怎样才能证明这个结论是荒谬的呢？
1497年3月的一个夜晚，哥白尼和他的老师多米尼克·玛利亚一起进行了一次著名的观测。
夜色晴朗，繁星闪烁，一弯新月浮于天空。哥白尼和多米尼克·玛利亚老师一起站在圣约瑟夫教堂的塔楼上，观测着金牛星座的亮星“毕宿五”，看它怎样被逐渐移近的娥眉月所淹没。无数颗星星开始发出闪烁的光芒了。哥白尼和多米尼克·玛利亚老师抬起了头，用熟练的目光寻找那颗红色的星，并很快地找到了它。远处，朝着这颗红色星星的方向，半上弦月正浮游过来。虽然它游得很慢，可却是毫不迟疑地向这颗红色的星星靠拢，似乎任何力量也不能扭转它的航程。
时间在不知不觉地流逝，明朗的上弦月已经靠近那颗红色的亮星。哥白尼和多米尼克·玛利亚两个人一言不发，只是细心地拨动测量仪器，认真地测量着。
时候到了！“毕宿五”一下子消失了。就像一滴落在烧红的铁砧上的露珠一样。但是消失的地方，并不是在半边亮月的后面，而是在另一个半边的后面，是月盘的缺蚀的阴影部分把它遮没了。由此看来，月亮虽然有了亏缺，但大小却没有什么改变。哥白尼和多米尼克·玛利亚老师警觉地守在仪器边观测了一阵，然后奔下楼梯回到屋里，哥白尼用颤抖的手把记录本抱在胸前，两个人扑到桌子上，开始演算起来。
演算一直继续到第二天大清早。从演算的结果看来，月亮距离地球的远近，在亏缺或盈满的时候完全一样，月亮的大小没有改变。事实证明，托勒密的月球理论是错误的。也正是从这里，哥白尼和他的老师把托勒密的地球中心说打开了一个缺口。
哥白尼站起身来，用手推开了窗子。东方开始发白，月亮消失了光辉，整个天空逐渐变成了玫瑰色。天越亮，景象也就越优美。一轮火红的太阳升起在紫褐色的雾霭中，向周围喷发出光焰。多么壮丽的景色啊。望着天空，哥白尼对自己，也仿佛是对着勃勃上升的太阳说：“我要解放你——太阳，让你真正成为宇宙的中心。我要从那些神学家的手中夺回一个晴朗的天空……”
