Apollonio di Perge e Ipparco di Nicea elaborarono un nuovo modello planetario. Il pianeta procede con moto uniforme su una circonferenza, detta epiciclo, il cui centro ruota con moto uniforme attorno alla Terra, immobile al centro dell'Universo, lungo una circonferenza più grande, detta deferente.

Il moto del centro dell'epiciclo rappresenta il moto medio del pianeta lungo lo Zodiaco, mentre l'epiciclo rende ragione del suo moto retrogrado. Quando il pianeta percorre la metà superiore dell'epiciclo il suo moto concorda con quello sul deferente e dunque si somma ad esso. Quando il pianeta percorre la metà inferiore il suo moto, diretto in senso opposto, si sottrae a quello sul deferente. All'osservatore sulla Terra il pianeta appare quindi muoversi velocemente lungo lo Zodiaco quando si trova nella parte superiore dell'epiciclo e rallentare nella sua parte inferiore fino a fermarsi e invertire, per un breve periodo, la direzione di moto.

Marte, Giove e Saturno si muovono in modo tale che il segmento che unisce il pianeta al centro dell'epiciclo si mantiene sempre parallelo alla congiungente Terra-Sole. Nel caso di Venere e Mercurio, il centro dell'epiciclo si trova sempre sulla congiungente Terra-Sole; viene così spiegato perché tali pianeti non s'allontanano mai dal Sole oltre un certo angolo.

Mentre per Eudosso i pianeti si trovavano sempre alla stessa distanza dalla Terra, nel modello epiciclico tale distanza varia continuamente. In questo modo veniva anche spiegata la mutevole luminosità dei pianeti, che raggiunge il massimo in corrispondenza del moto retrogrado, proprio dove, secondo il modello, essi si trovano alla distanza minima dalla Terra.