Rond 250 voor Christus ontwikkelde hij een methode op basis van het observeren van de fasen van de maan en het gebruik van geometrie. Hij redeneerde dat wanneer de maan precies half verlicht is, de hoek tussen de zon, de aarde en de maan een rechte hoek vormt. Door op dit punt de hoek tussen de zon en de maan te meten, kon hij de relatieve afstanden schatten.

Hoewel zijn methode ingenieus was, waren de metingen van Aristarchus verre van nauwkeurig vanwege beperkingen in zijn observationele hulpmiddelen en begrip van het zonnestelsel. Zijn poging legde echter de basis voor latere astronomen om deze metingen te verfijnen.