1492年意大利探险家哥伦布（CColumbus，1462～1502年）在大地是球形思想的指导下，横渡大西洋到达非洲，后来又三次到达美洲，都误认为是亚洲。1519年9月～1522年9月，移居西班牙的葡萄牙人麦哲伦（FMegellan，1433～1519年）组织的船队完成了环球航行，大地是个圆球的概念才第一次得到证明。文艺复兴和航海探险使人类的视野空前扩展，冲破了既有框架，启发人们用新的眼光和视角去观察世界，探索问题。
新的宇宙观与波兰人哥白尼（NCopernicus，1473～1543年）联系在一起，他的《天体运行》六卷，揭开了“太阳中心说”的序幕。1632年伽利略发表《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，1619年开普勒提出行星运动三定律，1687年牛顿发表《自然哲学与数学原理》。
1527年，菲尔内尔（JFernel，1497～1558年）在巴黎通过计算四轮马车车轮的旋转来计算圆周值。1617年，斯涅尔（WSnell，1591～1626年）提出三角测量的概念。1637年，诺伍德（RNorwood，1590～1665年）步测了从伦敦到约克的距离，以确定圆周值。1669年，法国人比卡德（Picard）用望远镜测量角度，所得圆周值的误差达到0.1%。
随着圆周值测定的发展，地球扁率、地球的旋转和效应也随着大地测量精度的提高而开始呈现。应当看到牛顿的贡献是很杰出的。在牛顿以前，对地球的研究基本上是以静态的三角几何为基础，牛顿提出的物质运动和万有引力定律，给地球形态和构造的动力学研究奠定了理论基础。从这个意义上讲，牛顿应被认为是理论地球物理学的先驱。归纳起来，牛顿对地球物理有以下两大贡献：
（1）牛顿第一个估计了地球的质量。根据万有引力定律，可得出在一级近似情况下的重力公式g=GM/R2，其中g为重力测量值，G为万有引力常数，M为地球质量，R为地球半径。基于g和R值为已知，则可求得GM值。牛顿为了分别求得G值和M值，提出了一系列的实验原则和方法，这些方法均已为后人所采用。虽然牛顿在世时，还没有完成这些实验，未能得到地球质量的确切数值，但他对地球、太阳和其他行星的平均密度比值做出了天才的估计。当时，牛顿提出的著名推断为：“地球的整个质量，比假定它全是由水组成的地球要大五至六倍。”
（2）牛顿第一个估计了地球的扁率e值。他把地球看成为密度恒定的旋转流体，由此推导出e=（a—b）/a=1/230，a、b分别为地球的赤道长轴和极短轴。同时，牛顿还认识到地球密度不是恒定的，所得e值应该进行修正，并认为1/230是e的下限值。但应指出，牛顿在论证中犯了一个错误，他得到的e值不是下限，而是上限。无论如何应当十分清晰地认识到，牛顿对地球是扁球的推论是完全正确的。
牛顿这一推论后来为法国天文学家所证实，他们发现：在巴黎能给出准确时间的摆钟，当放在赤道附近时却慢了2.5s，这是与地球形状在赤道附近凸起有关的。在这里引以为训的是，巴黎科学院的卡西尼（Cassinis）父子根据他们在法国的局部观测，坚持认为地球不是扁球（赤道凸起），而是长球（两极凸起）。为此使得牛顿的正确思想在几＋年时间里得不到共识，造成了一个时期内对地球形状概念上认识的混乱。
在牛顿计算地球扁率之后几年，惠更斯（Huygens）在不知道牛顿这一推论的情况下，采用另一个不同的密度模式，却得到e值为1/577。当时，人们试图从理论上和观测上来解释牛顿所得e为1/230与惠更斯所得e为1/577之间的差异，但没有得到什么结果。然而，他们两人所给出的两个e数值，均是正确的，恰好可作为真实e值的上下限。