沃伊切赫·勃鲁泽夫斯基是当时欧洲著名的数学家和天文学家、杰出的教授和人文主义者。他是克拉科夫培养出来的天文学家，在星占学系任教。他学识渊博、视野开阔而又治学严谨，对亚里士多德和托勒密的天文学有很深的研究。沃伊切赫在讲授天文学课时，往往把数学、天文学和人文主义思想结合起来。他讲起课来旁征博引，讲授的内容十分精辟，而且采用简练、明了、易懂、诙谐的语言进行讲解。沃伊切赫一项异常重要的发现之一，就是月亮的轨道并不像过去人们说的那么圆，它实际是椭圆形的。他还向学生讲授，月球总是用一个面对着地球，这是他对月亮进行多次观察得出的结论。正是这位尊敬的老师给予了在天文学道路上苦苦追求寻觅的哥白尼以极大的启发，使哥白尼敢于对当时人们普遍信奉的理论和权威提出质疑，他使哥白尼对天文学的兴趣和爱好变成了终生的追求。
哥白尼如饥似渴地听了沃伊切赫讲授的全部课程，课余时间也到教授家请教，并积极参加有关天文学的各种学术讨论会，还发表了一些非同一般的见解。哥白尼在学校的表现逐渐引起了沃伊切赫的注意，他成了这位老师最得意的学生。他们常常一起散步，并无拘无束地谈论一些问题。
哥白尼同老师一道，进行了多次天象观测。在沃伊切赫的教诲和悉心指点下，哥白尼不仅学到了许多关于天文学的理论知识与使用天文仪器进行天文观测，而且培养了严谨的治学方法和求实的科学精神，并对当时整个天文学状况有了较完整的了解。这些是哥白尼坚定地选择终身从事天文学的重要原因。
在克拉科夫大学，哥白尼为丰富天文学知识，把握天文学的发展历程，除了认真听老师讲课外，还搜集并阅读了许多课外辅导材料，其中主要是一些数学和天文学书籍。这些书至今仍然被保存着，在书中的空白处有不少哥白尼所写的注释，还贴有他的一些计算草稿。
学习古希腊、古罗马的一些典籍，使得哥白尼开阔了眼界，增长了见识。其中有亚里士多德、柏拉图等人的著作。他还接触过一些当时广为流传的最优秀文学作品的手抄本，这些手抄本往往是从人文主义者手中传来的。
正是在这些作品中，哥白尼看到了一些新观点，这些观点不同于以托勒密学说为基础的天文学正统观点。当时在天文学方面占统治地位的观点是托勒密的“地心说”。托勒密是古希腊著名天文学家、数学家、地理学家和地图学家，他在公元127年~151年在埃及亚历山大城对天文进行了长期的观测，全面、系统地总结了亚里士多德、阿波罗尼等人在天文学理论和实践上的成就，结合自己的观测，从感性经验出发，创立了以“地球中心说”为基础的天文学理论体系，这集中反映在他所完成的《至大论》一书中。
托勒密的“地心说”认为，地球是居于宇宙中心静止不动的，太阳、月亮、行星和恒星都是围绕着地球在运行。这本是天文学的一种观点，但自基督教成为欧洲官方的宗教后，托勒密的“地心说”就被基督教所利用，因为基督教认为地球是上帝创造出来给人类居住的，是整个宇宙的中心。地球的内部是地狱，宇宙的外边是天堂，天堂是上帝居住的地方。托勒密的“地心说”正符合基督教的观点，因此被认为是绝对正确的学说。在长达一千多年的时间，欧洲的人们一直信奉着托勒密的学说，谁要反对，谁就是基督教的敌人，也就是欧洲统治阶级的敌人。
不只一位古典作家以文学的形式提出，太阳是地球和其他行星的中心，包括地球在内的所有行星都是围绕太阳运转的，即使是亚里士多德，也曾在其书信中提到过与“地心日动”理论不相同的观点。哥白尼仔细研读托勒密的《至大论》这部著作时，就发现了其中存在着矛盾，地心说更是漏洞百出，无法使人信服。这些问题和疑惑，一直萦绕在哥白尼的心头。那时，克拉科夫的知识界存在着一种对问题进行怀疑和探索，以便修正和推翻现行学说的气氛，这给哥白尼增添了向权威挑战的勇气和认识无限苍穹的力量。从这时起，哥白尼心中产生了开创新的天文学理论的想法，开始踏上向现行理论权威挑战，并最终推翻这种精神统治的历程。
在克拉科夫大学读书期间，哥白尼发奋地学习。他除了如饥似渴地学习课堂里教授的全部课程外，还经常到学校图书馆借来大量的图书，更深入地钻研数学和天文学。哥白尼一方面潜心研究托勒密的地心理论体系，从理论上搞清这个理论的来龙去脉及其实质，并对其加以吸收继承、批判改造；另一方面开始进行天文观测实践的研究。哥白尼深知，既要深入系统地学习理论，又要进行长期而认真的观测，以积累实践经验。
事实上，哥白尼对托勒密地心体系经历了一个从不认识到认识，从相信到怀疑，从试图个别修补到全面彻底改造的过程。
夜晚，天空中那璀璨的群星，横空的银河，以它们神秘的魅力吸引着哥白尼。
哥白尼常常利用当地学校已有的天文学观测仪器，在沃伊切赫老师指导下，对天体中发生的许多现象进行反复观测。1493年的这一年，他和老师沃伊切赫利用“捕星器”、“三弧仪”等天文观测仪器，两次观测了奇异的月食和一次日食，而所观测到的那一次日食是次日全食。在日食中，日全食是比较常见的，在同一个地方，约隔300年才能发生一次日全食。
观测日全食那一天，哥白尼自己制作了一件简便的观测工具，那是在一个盆里盛满清水，然后往水里滴几滴墨水，使木盆里的清水变成黑色。
日全食开始了，哥白尼目不转睛地盯着黑色水面观测着。透过水面，哥白尼看到，光芒四射的太阳逐渐被月影遮住，随后在那看不见的月球影子的吞噬下，整个太阳的视圆面缓慢地变化着。当一轮“黑太阳”当头照时，天空骤然变暗。经过两分钟的时间，太阳渐渐地恢复了原来的模样，灿烂的阳光又铺满整个校园。
这次日全食的观测，给哥白尼留下永生难忘的印象，进一步激发了哥白尼进行天文观测的热情和决心。
他和老师作了准确、详细的记录。由于用托勒密的理论无法解释所得到的大量观测数据，哥白尼建立自己的天文学理论的心情更加迫切了。
探索新理论
1495年上半年，哥白尼离开克拉科夫，来到住在瓦尔米亚的舅舅身边。当时哥白尼在人文学系初级阶段的学习已经可以结束了，但由于种种原因他没能继续学习。在克拉科夫，他获得了深刻的天文学知识，并且同人文主义结下了不解之缘。学习期间，他有不少要好的同学，并结识了许多朋友。特别使他感到惋惜的是，尊敬的沃伊切赫老师一年前离开了克拉科夫学院。哥白尼离校不久，一些对大学乃至对整个克拉科夫知识界都具有关键影响的人物也陆续离去了。使哥白尼终生难忘的卡利马赫，不久即溘然长逝，其他许多杰出人物先后飘流国外。哥白尼带着丰富的知识和对国家大事深入的了解，回到了瓦尔米亚。这时他不光年龄增加了4岁，而且成了一位成熟的人文主义者，已经能够为舅舅出谋划策了。也许舅舅已经把他看成了自己主教事业的继承人。不管怎样，舅舅希望哥白尼兄弟俩能够继续深造，他愿为此提供物质保证。在筹措学习经费方面，舅舅作为一名主教，是有很大活动余地的，他可以先让两位外甥担任瓦尔米亚主教区的神甫，然后经神甫会同意就可以获得神职人员的固定收入。在两兄弟中，安杰伊首先当上了神甫，两年以后他也到意大利上大学，那时尼古拉已经在意大利学到了不少有关宇宙的知识。起初，尼古拉争取当神甫的努力遭到挫折，没有成功。本来有一名神甫去世了，神甫会有了一个空缺，舅舅为争取这个席位付出了很大努力，但却未能成功，因为刚好就在这个月教皇派人占据了这个席位。直到1497年查诺夫神甫去世，才为尼古拉空出一个神甫席位。把这个消息带到意大利转告尼古拉的，肯定是他的哥哥安杰伊。正是主教舅舅的恩惠才使哥白尼获得神甫职位，但这件事并未损害哥白尼的声望，因为任人唯亲、搞裙带关系已成为当时普遍盛行的现象。
1496年春天，尼古拉·哥白尼带着革命诗人卡里玛赫的举荐信，和哥哥安杰伊以及主教派往罗马的普兰格神甫及其随从，从瓦尔米亚启程，前往文艺复兴运动的摇篮——意大利。
为了赶在大学新学年开始之前抵达意大利的博洛尼亚，哥白尼等人在1496年的夏天就从波兰出发了。这是哥白尼第一次出国。
博洛尼亚大学是欧洲最古老的一所名牌大学，创办于1160年。据说最初是因为一学者在这里讲学，吸引了众多从欧洲各地来向他请教的学生，后来发展成为了大学。由于人文主义思潮的激荡，这所著名的大学在哥白尼到来时显得沸沸扬扬，生气勃勃，天文学、医学、数学等自然科学的教学显得异常活跃。特别是受意大利人哥伦布率领西班牙船队在1492年发现美洲新大陆的刺激，航海成为当时推动天文学进一步发展的动力。
哥白尼在博洛尼亚学习的专业是法律、数学、天文学和希腊语。哥白尼所作的天文学记录表明，1500年3月4****曾做过天文观测。哥白尼非常努力学习当时在人文主义者中显得特别时髦的希腊语，他把古代雅典人的语言集出色地翻译成拉丁文，并于1509年在克拉科夫出版。
在博洛尼亚大学，名师的指导使哥白尼在天文学、数学和占星学在研究上有了更快的提高。当时，学校没有强调学生必须在学校集体住宿，允许学生在校外租借房子居住。当时，哥白尼的经济条件完全有能力在城里租赁住房，但是为了发展自己的天文学爱好，他便和哥哥安杰伊住在著名的天文学和星占学家马里亚·迪诺瓦拉家里，这样就可以利用更多的课余时间来同这位杰出的学者探讨天文学。
这时期，哥白尼曾读了德国著名的天文学家雷吉蒙德写的《天文学评述》一书，这本书是雷吉蒙德对古代天文学资料进行系统整锂后写的。雷吉蒙德在这本书里，提到了托勒密月球理论的不可靠，原来托勒密根据地球是宇宙中心的理论，运用一套复杂的算式得出月球一条古怪的规律，认为上下弦的月亮，离地球的距离要比满月时离地球的距离缩短1/2。
1497年3月9日，哥白尼和老师迪诺瓦拉教授进行了一次著名的天文观测。这次观测如果能得到预期结果，就等于找到了推翻托勒密月球理论的真凭实据。那天晚上，夜色宁静，繁星闪烁。师生俩抱着观测仪器，登上了圣约翰教堂塔楼的平台上，凝神屏息，用熟练的目光搜寻着那颗名叫“毕宿五”的红色的星星。朝着这颗星星的方向，半边上弦月正在浮游过来，它游得虽然很慢，却是毫不迟疑地向“毕宿五”靠拢，任何力量也不能扭转它的航程。
这里天穹清澄纯净，纤云不染，整个宇宙好像在期待什么重大事件似的，显得庄严静穆，令人肃然起敬。两位天文学家一言不发，细心拨准仪器，对着缓慢移动的上弦月观测起来。时间一分一秒地过去了，明朗的上弦月已靠近那颗红色的亮星。哥白尼和教授望望下面，整个城市已经进入深沉的梦乡。
突然，“毕宿五”似乎被月亮吞没了，消失了。又过了不长的时间，“毕宿五”又从月影里钻了出来，这是珍贵的一刹那。他们顾不上激动，从观测仪器上记下数据。
师生俩对整个观测过程的确切时间进行了详细记录，他俩还连夜对这次天文掩星现象进行种种数据演算，并作出科学解释。当曙光从地平线上升起时，他们终于算完了最后的一个数字。他们用铁的事实证明：月亮距离地球的距离，在其亏缺或盈满时完全一样，月亮的大小没有改变，月亮虽然表面上看上去有了亏缺，但它的大小没有改变，月亮照样还是圆的，那亏缺的部分是因为没有了亮光，人们用肉眼看不到罢了。这证明托勒密的月球理论是错误的。
这是1300年以来对托勒密理论的第一次挑战，也是年轻的哥白尼第一次打败了统治欧洲13个世纪之久的托勒密。后来哥白尼在《天体运行论》中记述，他一生最早的天文实测记录，就是这次对“毕宿五”的观测。
在博洛尼亚三年多的学习生活中，迪诺瓦拉人文主义的思想倾向，在科学研究上不迷信权威，不轻信任何学说，敢于对原有理论提出大胆怀疑，以及特别重视实验和观测的科学研究风格，给青年哥白尼以深刻影响。哥白尼经常和迪诺瓦拉一起研讨怎样用最简单的几何图形和数字来表示宇宙的结构和规律，用以改进和简化托勒密繁琐的地心体系。他们还不止一次地交谈过太阳中心说问题。哥白尼宇宙思想理论的逐渐成熟和以后几十年的天文学研究，迪诺瓦拉教授起了重要作用。后来哥白尼对天文学的伟大变革就是沿着诺瓦拉所指引的方向前进的。