Die Entdeckung des Sonnensystems fällt in die als „Renaissance“ bezeichnete Periode, in der die Philosophen beschlossen, beim Aufbau des Wissenschaftsbetriebs nichts als Beobachtung und Logik zuzulassen und die Tradition abzulehnen. Der vielleicht bekannteste Vertreter dieses neuen (und mutigen) Ansatzes ist der französische Mathematiker, Philosoph und Naturwissenschaftler René Descartes (1596-1650). Sein Satz „cogito ergo sum“ (ich denke, also bin ich) ist symbolisch für die Haltung der Renaissance. (Einige haben darauf hingewiesen, dass man nicht einfach denken kann, ohne an etwas zu denken, so dass es unmöglich ist, die Wissenschaft mit reiner Logik zu beginnen. Wie dem auch sei, Descartes hat es versucht und ist zu vielen interessanten Ergebnissen gekommen, aber auch zu einigen ziemlich seltsamen Vorstellungen).
Die allgemeine Akzeptanz des sonnenzentrierten Systems der Himmelsbewegungen dauerte mehrere hundert Jahre. Die Grundidee des Sonnensystems wurde von dem polnischen Astronomen Nikolaus Kopernikus (1473-1543) vorgeschlagen, der behauptete, dass „die Sonne das Zentrum des Universums ist“ und die Planeten sich in perfekten Kreisen um sie herum bewegen (in seinem Buch „Über die Umdrehung der Himmelssphären“, das in lateinischer Sprache verfasst und 1543 veröffentlicht wurde). Damit griff er eine uralte Idee wieder auf, die auf den griechischen Philosophen Aristarchos (~270 v. Chr.) zurückgeht, der behauptete, dass die Sonne viel größer als die Erde ist und dass sie und nicht die Erde im Mittelpunkt des Universums steht. (Niemand schenkte dem viel Beachtung, denn es ist klar, dass die Sonne sich viel bewegt: einmal am Tag über den Himmel, einmal im Jahr über die Sterne in verschiedenen Höhen über dem Horizont.)
Der deutsche Astronom Johannes Kepler (1571-1630) unterstützte das kopernikanische Konzept, wonach sich die Sonne im Zentrum befindet, gab den Planeten jedoch elliptische Bahnen, mit der Sonne in einem der Brennpunkte jeder Ellipse, um ihre komplizierten Bewegungen besser zu beschreiben. Die direkten Beobachtungen von Galileo Galilei (1564-1642), der nachwies, dass die Venus Phasen wie der Mond hat (mit dem von ihm erfundenen und gebauten Teleskop), gaben den Ausschlag für das heliozentrische System. (Die Kirche war damit nicht einverstanden. Sie setzte das Buch von Kopernikus 1616 auf den Index der verbotenen Werke und beließ es dort bis 1835. Außerdem musste Galilei widerrufen und erhielt ein Lehr- und Hausverbot.)
Galileo war einer der großen Geister aller Zeiten. Wie der französische Philosoph Yves Bonnefoy gesagt hat: „Mit Galilei hörte der Mond auf, ein Objekt der Anbetung zu sein, und wurde zu einem Objekt der wissenschaftlichen Untersuchung.“ Ein anderer italienischer Astronom, Giovanni Domenico Cassini (1625-1721) (dessen Name mit der großen Lücke zwischen den inneren und äußeren Ringen des Saturn in Verbindung gebracht wird), bestimmte die Größe der Erdumlaufbahn. Sein Wert lag nur 7 Prozent unter dem heutigen Wert (150 Millionen km). Er legte auch die Größe des Sonnensystems fest. (Aristarchus hatte sich bei der Schätzung der Entfernung zur Sonne um den Faktor 20 geirrt.)
Dann kam Isaac Newton (1642-1727), der die Gesetze der Physik auf das Sonnensystem übertrug. Isaac Newton erklärte, warum sich die Planeten so bewegen, wie sie es tun, indem er seine Bewegungsgesetze anwandte und die Gravitationskraft zwischen zwei beliebigen Körpern mit dem Quadrat des Abstands zwischen den beiden Körpern abnehmen ließ. (Newton formulierte nicht nur die Bewegungsgesetze, sondern erfand auch das Konzept der Gravitationskraft und eine neue Art der Mathematik zur Berechnung der Planetenbewegungen. Diese Mathematik wird heute als Infinitesimalrechnung bezeichnet. Sie wurde unabhängig davon von dem deutschen Mathematiker Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) erfunden und früher veröffentlicht, dessen Notation noch heute in Lehrbüchern verwendet wird. Newton baute auch das erste Spiegelteleskop, mit dem er den Himmel beobachtete).
Die Erkenntnis, dass sich die Sonne im Zentrum des Systems befindet und sich die rotierenden Planeten auf ihren eigenen Bahnen um sie herum bewegen und dabei den Newtonschen Gesetzen folgen, wurde zur Grundlage für die weitere Erforschung der „Himmelsmechanik“. Viele Details der Bewegungen mussten noch ausgearbeitet werden. Wichtige Beiträge kamen von den französischen Mathematikern und Astronomen Pierre Simon de Pierre Simon Laplace (1749-1827), Joseph Louis Lagrange (1736-1813) und Urbain Leverrier (1811-1877). (Auch heute noch ist die Himmelsmechanik ein aktives Studiengebiet, da es sehr rechenintensiv ist, die Positionen der Planeten für Millionen von Jahren zu berechnen.)
Der englische Astronom Edmond Halley (1656-1742) erkannte, dass Kometen Teil des Systems sind (zumindest einer von ihnen, der Halleysche Komet, kehrte alle 75 Jahre wieder). Neptun, ein großer Planet, wurde erst 1846 entdeckt (von dem deutschen Astronomen Johann Galle auf Anweisung von Leverrier); Pluto wurde 1930 entdeckt. Viele Astronomen gehen heute davon aus, dass Pluto in Wirklichkeit nur ein ungewöhnlich großer kometenartiger Körper (oder vielmehr zwei Körper) im „Kuipergürtel“ ist, der aus Hunderten oder Tausenden solcher Körper besteht. Der Kuiper-Gürtel ist nach dem niederländisch-amerikanischen Astronomen Gerard Kuiper (1905-1973) benannt, der viele Beiträge zur Kenntnis der Trabanten der äußeren Planeten geleistet hat.
Außerdem gibt es die „Oortsche Wolke“, Asteroiden und Kometen, die das Sonnensystem umgeben wie ein Mückenschwarm eine Gruppe von Menschen bei einem Picknick im Sommer in Minnesota. Die „Oort-Wolke“, benannt nach dem niederländischen Astronomen Jan Hendrik Oort (1900-1992), der ihre Existenz (im Jahr 1950) vorschlug, ist eine riesige Ansammlung von Kometen in großer Entfernung vom inneren Sonnensystem. Sie dient als scheinbar unerschöpfliches Reservoir für Kometen, die sich der Sonne nähern (und daher kurzlebig werden). Man nimmt an, dass Kometen, die die Bahn der inneren Planeten kreuzen, dies tun, weil ihre Bahnen durch den gravitativen Einfluss vorbeiziehender Sterne gestört wurden.
Zwei grundlegende Entdeckungen über unsere Welt gehören zu den größten Beiträgen zum menschlichen Denken: Das Alter des Sonnensystems und die Energiequelle der Sonne. Beide hängen miteinander zusammen, denn nur die Energie der Kernfusion (bei der Masse in Energie umgewandelt wird) kann die Sonne so lange antreiben, wie sie unseren Heimatplaneten erwärmt hat.
Die Entdeckung der Energiequelle der Sonne – die Fusion von Wasserstoffkernen (d.h. Protonen) zu Heliumkernen (d.h. Alphateilchen) – verdankt sich der Entdeckung der Radioaktivität (durch Antoine Becquerel und das Ehepaar Marie und Pierre Curie), der Entdeckung des Protons und der Veränderlichkeit von Atomkernen (durch Ernest Rutherford) und der Erkenntnis, dass Masse selbst eine Manifestation von Energie ist (durch Albert Einstein). Diese Entdeckungen sind zusammen weniger als ein Jahrhundert alt. Das Konzept der Sonne als nuklearer Brennofen ist erst seit den 1930er Jahren einigermaßen verstanden worden.