Dans l'Antiquité grecque, de nombreux penseurs ne considéraient plus la religion et la mythologie comme des explications du monde. L'astronomie, très liée dans d'autres civilisations à l'astrologie et aux divinités locales, était chez les Grecs un sujet de recherches par le raisonnement et le calcul, sans aucun lien avec les dieux. La géodésie avait connu de grands développements. Dès la fin de l'époque classique, la sphéricité de la Terre était largement admise dans les milieux intellectuels. À l'époque hellénistique, on n'en doutait plus : Ératosthène en calcula la circonférence ; Hipparque et Marinus de Tyr établirent des cartes avec des coordonnées en longitude et latitude, qui furent perfectionnées par Ptolémée (voir Géographie (Ptolémée)) au , dans les limites du monde connu d'alors, bien entendu (voir Figure de la Terre dans l'Antiquité et Sciences grecques).
Après la chute de l'Empire romain d'Occident sous le coup des invasions barbares, qui marque le début du haut Moyen Âge, et le cataclysme de 535 une grande partie de ce savoir se perdit dans cette partie du monde. Elle se conserva dans l'Empire romain d'Orient christianisé (voir Sciences et technologies byzantines) qui le transmit au monde musulman, grâce à l'intérêt pour les sciences initié par les Mutazilistes abbassides et la médiation des érudits et traducteurs syriaques, mais avec des phases successives d'oublis et de redécouvertes. Cette transmission se fit aussi vers l'Espagne musulmane, par exemple l'empereur byzantin Romain Ier Lécapène envoya bibliothèques, érudits, architectes et ingénieurs au souverain Abd al-Rahman III. Ce mouvement de connaissances des Grecs de l'Antiquité aux Byzantins et Arabo-musulmans continua jusqu'à la prise de Constantinople par les Turcs ottomans en 1453, qui mit fin à l'empire byzantin. Sous la menace ottomane grandissante, plusieurs lettrés et leurs bibliothèques avaient déjà migré dans la péninsule italienne, vers Venise en particulier (voir Sciences grecques).
La redécouverte de la science antique en Occident, déjà commencée avec Boèce avant l'événement de 535, se fit aussi par la voie arabe (à partir de l'Al-Andalus) concernant les points de vue n'entrant pas en contradiction frontale avec l'islam. Gerbert d'Aurillac ramena par exemple de Cordoue le zéro des Indiens, qu'il imposa à la chrétienté une fois devenu pape de l'an mille sous le nom de Sylvestre II. Les croisades jouèrent un rôle, bien que les échanges scientifiques ne fussent pas leur objet. La voie gréco-byzantine existait largement avant le schisme de 1054 et se poursuivit avec le début de la Renaissance et l'arrivée de réfugiés byzantins fuyant avec leurs bibliothèques la menace ottomane grandissante.
L'Antiquité tardive en Orient
L'École néoplatonicienne d'Alexandrie qui demeure en activité jusqu'en 640, maintient, avec Ammonios, Jean Philopon"Le traité de l'astrolabe". et Étienne d'Alexandrie"Explication au Commentaire de Théon d'Alexandrie sur les Tables faciles de Ptolémée"., le savoir astronomique alexandrin.
L'École théologique d'Antioche, avec Diodore de TarseContre le destin L.III dans Photius, cod 223 : « Il y a deux cieux, l'un visible, l'autre invisible et placé au-dessus : le ciel supérieur fait en quelque sorte l'office de toit, par rapport au monde, comme l'inférieur par rapport à la terre… ». (+394), Théodore de Mopsueste (350–428), Théodoret de Cyr (+457 env.) soutient la thèse de la Terre plate. Dans une lecture littérale de l’Épître aux HébreuxHe 8,5 : « Les prêtres assurent le service d’une copie des réalités célestes ainsi que Moïse quand il eut à construire la Tente, en fut divinement averti : « Vois, tu feras tout d'après le modèle qui t'a été montré sur la montagne ».» (Ex 25, 40), l'Arche d'alliance est l'image du Monde. Le Monde a donc la forme de l'Arche avec une base (la Terre) et un couvercle voûté (le Ciel). C'est ce modèle qui est exposé par Cosmas Indicopleustès (+560 env.) dans Topographie chrétienneCosmas, Topographie chrétienne, II, 17 « Ayant donc fondée la terre qui est oblongue, sur sa propre stabilité, Dieu rattacha les extrémités de la Terre aux extrémités du Ciel.». L'influence de cette école, considérée comme nestorienne, a été limitéeCosmas a été traduit en latin en 1707.. À la suite des conflits christologiques et du déplacement vers la Perse des Nestoriens, elle est remplacée, en Syrie, par l'École jacobite qui développe une culture helléno-syriaque et, pour ce qui concerne la cosmographie, utilise, avec Sévère Sebôkht (575–667), le modèle de l'univers sphériqueHervé Inglebert, Interpretatio christiana. .. Le monde syriaque sera un maillon fondamental dans la transmission des connaissances astronomiques ptolémaïques à la civilisation islamique.
L'École théologique d'Alexandrie, avec Clément d'AlexandrieV Stromate VI, 35, 6. (150–230), OrigèneDe principis II, 3, 6 (185–253), et, plus tard, Jean PhiloponJean Philopon, La Création du monde, III, 3. (490–575) soutient le modèle platonicien de la Terre sphérique et fixe au centre de l'univers. Elle prône une lecture allégorique de la BibleJean Philopon, La Création du monde, I, 19 : « Il ne faut pas s'attacher à la lettre nue, mais chercher le sens caché de chacun de ces mots.», pour elle Bible et Science ne sont pas contradictoires. C'est également la position de Basile de Césarée (329–379) dans ses Homélies sur l'HexaeméronHomélies sur l'Hexaeméron, I, 10 : « Ne soyons donc pas surpris que la terre ne tombe d'aucun côté, puisqu'elle occupe le centre par sa nature. Elle doit nécessairement rester en place, ou, se remuant contre sa nature, sortir de la place qui lui est propre. Si les assertions de ces philosophes vous paraissent probables, transportez votre admiration à la sagesse de Dieu qui a ainsi disposé les choses.»Homélies sur l’Hexaeméron, II, 8 : « Maintenant, depuis la création du soleil, le jour est l'air éclairé par le soleil qui luit sur l'hémisphère de la Terre, et la nuit est l'obscurcissement de la Terre, occasionné par le soleil qui se cache.» qui est critiqué par Théodore de Mopsueste dans son Commentaire de la Genèse. Les termes de la controverse entre les deux écoles sont exposés par Jean Philopon dans La Création du monde.
Une tradition de géographie se maintient à Constantinople, Trébizonde et Mistra.
Travaux arabes et chinois Les travaux arabes intéressant l'astronomie et la géodésie furent nombreux et variés. Ce sont surtout des savants de la cour du calife de Bagdad qui se sont distingués au début. Ainsi, vers l'an 800, le calife abasside Hâroun ar-Rachîd (766–809) a pu envoyer à Charlemagne une horloge perfectionnée – horloge hydraulique imitée des Grecs, ou à poids selon les auteurs. Son fils Al-Ma'mūn s'érigea en protecteur des arts et des sciences et fit de sa capitale Bagdad le principal centre culturel de l'époque. Il fit acquérir et traduire en arabe de nombreux manuscrits grecs, construire des observatoires astronomiques et reprendre la mesure de la circonférence de la Terre par la méthode d'Ératosthène. Les premières mesures eurent lieu en 814 au nord-ouest de Bagdad, dans la plaine de Mésopotamie. Elles fournissaient une distance de 90 kilomètres par degré de latitude, trop courte d'environ 20 %. Pour procéder à ces mesures, deux équipes de géodésiens munis d'astrolabes et de baguettes d'arpentage furent dépêchées, l'une vers le Nord, l'autre vers le Sud, avec mission de déterminer les distances à partir de la base fixe pour lesquelles la hauteur de l'étoile polaire avait changé d'un degré. D'autres mesures furent effectuées selon le même principe vers 827 dans la plaine de Palmyre, entre Damas et l'Euphrate, et fournissaient une valeur équivalente à par degré de latitude, donc trop élevée d'environ 10 %.
L'astronome Al-Battani, connu en Occident sous le nom latinisé Albategnius, qui vers l'an 900 se sert couramment de la trigonométrie, donne de bonnes tables astronomiques et publie un traité de géographie fournissant les positions des principales villes de l'époque.
vignette|redresse=1.2|Le monde d'Al Idrissi orienté sud/nord (v.1160).
En l'an 1000, l'école arabe d'astronomie brille, grâce à des savants comme Abou Wefa et Ibn Yunus qui proposent pour les constantes astronomiques fondamentales des valeurs assez précises : obliquité de l'écliptique, inégalités lunaires, précession des équinoxes, etc. Les observations de ces savants arabes seront utilisées huit siècles plus tard en tant qu'évidence prouvant que l'excentricité de l'orbite terrestre varie. En outre, Ibn Yunus mesure le temps à l'aide d'un pendule, six siècles avant que Galilée ne redécouvre la loi des petites oscillations isochrones. Un autre savant arabe, Alhazen, commente l'œuvre de Ptolémée et écrit un traité d'optique dans lequel il parle de verres grossissants. Al Idrissi (Erdisi, c. 1100 – c. 1165) achève en 1154 son livre intitulé « Description complète des villes et des territoires » qu'il écrivit à Palerme pour le compte de Roger II, roi des Deux-Siciles. Il s'agit d'une compilation de travaux concernant la géographie universelle.
Hors des sphères chrétienne et musulmane, on doit citer les observations des Chinois. Ceux-ci avaient découvert aussi de leur côté que la Terre était sphérique. Ainsi, en 723 de notre ère, sous la dynastie des Tang, le moine-astronome chinois Yi Xing (683–727) emmena une équipe de géodésiens mesurer les ombres projetées par les rayons du Soleil et les hauteurs de l'étoile polaire. Les mesures furent effectuées les jours de solstice et d'équinoxe en treize endroits différents de Chine. Yi Xing calcula alors la longueur d'un degré d'un arc de méridien et trouva une valeur équivalente à environ , donc environ 20 % trop élevée.
L'Antiquité tardive en Occident et le haut Moyen Âge vignette|redresse=1.2|Timée, traduit en latin par Calcidius (), manuscrit du . vignette|redresse=1.2|Manuscrit du , les sphères célestes de Macrobe.
Le globe terrestre En Occident, hormis Lactance (250–325) qui ne conçoit qu'une Terre plateDivinae Institutiones, L.III, chap. XXIV : "Ceux qui pensent qu'il y a des antipodiens opposés à nos pas cela a-t-il quelque sens ? ou bien y a-t-il quelqu'un d'assez inepte pour croire qu'il y a des hommes dont les plantes des pieds sont au-dessus de leurs têtes ? ou bien que ce qui y est posé par terre, pour nous, pend en étant renversé ? que les herbes et les arbres croissent vers le bas ? que les pluies, la neige et la grêle tombent sur terre vers le haut ?", la rotondité de la Terre, du fait de la connaissance maintenue du Timée grâce aux traductions en latin de Cicéron et surtout de Chalcidius au , reste communément admise par les lettrés« Aucun savant médiéval n'a jamais soutenu l'idée d'une terre plate ». Patrick Gautier-Dalché, dans Autour de Gerbert d’Aurillac : le pape de l'an mil, Matériaux pour l'histoire publiés par l'École des chartes, Librairie Droz.. Par ailleurs, le commentaire qui accompagne la traduction de Chalcidius résume les connaissances astronomiques du en reprenant la plus grande partie du chapitre Astronomie de lExposition des connaissances mathématiques utiles à la lecture de Platon de Théon de SmyrneJ. Dupuis, préface à la traduction de Théon de Smyrne, Exposition des connaissances mathématiques utiles pour la lecture de Platon, Hachette, 1892, ..
Jérôme de Stridon (347-419), dans son Commentaire de l’Épitre aux Éphésiens, critique ceux qui nient la sphéricité .