tähtitieteilijä
kirjaa, joka nykyään tunnetaan yleisesti nimellä Almagest (arabian ja Kreikan hybridistä, ”suurin”), kutsui Ptolemaios Hē mathēmatikē syntaxis (”matemaattinen kokoelma”), koska hän uskoi, että sen aihe, taivaankappaleiden liikkeet, voitaisiin selittää matemaattisin termein. Alkuluvuissa esitetään empiirisiä argumentteja sille kosmologiselle peruskehykselle, jonka puitteissa Ptolemaios toimi. Hän väitti, että maa on liikkumaton pallo suunnattomasti suuremman taivaanpallon keskellä, joka pyörii täysin yhdenmukaisella nopeudella Maan ympäri ja kuljettaa mukanaan tähtiä, planeettoja, aurinkoa ja Kuuta—mikä aiheuttaa niiden päivittäiset nousut ja asetukset. Vuoden kuluessa aurinko hitaasti jäljittää suuren ympyrän, joka tunnetaan ekliptikkana, taivaanpallon pyörimistä vastaan. (Kuu ja planeetat kulkevat vastaavasti taaksepäin—siksi planeetat tunnettiin myös ”vaeltavina tähtinä” – ekliptikassa olevia ”kiinteitä tähtiä” vastaan.) Almagestin perusoletus on, että taivaankappaleiden näennäisen epäsäännölliset liikkeet ovat todellisuudessa säännöllisten, yhtenäisten, ympyränmuotoisten liikkeiden yhdistelmiä.
kuinka suuri osa Almagestista on alkuperäistä, on vaikea määrittää, koska lähes kaikki sitä edeltävä tähtitieteellinen kirjallisuus on nyt kadonnut. Ptolemaios hyvitetään Hipparkhos (puolivälissä 2. vuosisadan eaa) kanssa olennaisia osia hänen aurinko teoria, sekä osia hänen Kuun teoria, samalla kieltää, että Hipparkhos rakennettu planeettojen malleja. Ptolemaios teki vain muutamia epämääräisiä ja halventavia huomautuksia teoreettisen työn yli väliin kolme vuosisataa, mutta tutkimus planeettojen epäilemättä tehnyt suuria edistysaskelia aikana, että väli. Lisäksi Ptolemaioksen todenperäisyys erityisesti tarkkailijana on ollut kiistanalainen tähtitieteilijä Tyko Brahen (1546-1601) ajoista lähtien. Brahe huomautti, että Ptolemaioksen väittämät auringon havainnot vuodelta 141 eivät todellakaan ole aitoja, ja on vahvoja perusteita epäillä, että Ptolemaios olisi itsenäisesti havainnut hänen tähtiluettelossaan luetellut yli 1000 tähteä. Mitä ei ole kiistetty, on kuitenkin hallintaa matemaattisen analyysin, että Ptolemaios näytteillä.
Ptolemaios oli ennen kaikkea vastuussa islamilaisessa maailmassa ja keskiajan Euroopassa vallinneesta geosentrisestä kosmologiasta. Tämä ei johtunut Almagestista niinkään kuin myöhemmästä tutkielmasta, Hypotheseis tōn planōmenōn (Planetaariset hypoteesit). Tässä työssä hän ehdotti, mitä kutsutaan nyt Ptolemaic järjestelmä-yhtenäinen järjestelmä, jossa jokainen taivaankappale on kiinnitetty omaan pallo ja joukko pallot sisäkkäin niin, että se ulottuu ilman aukkoja maasta taivaanpallo. Numeeriset taulukot Almagest (joka mahdollisti planeettojen kantoja ja muita taivaallinen ilmiöitä voidaan laskea mielivaltaisia päivämääriä) oli syvällinen vaikutus keskiajan tähtitiede, osittain kautta erillinen, tarkistettu versio taulukoista, että Ptolemaios julkaistu Procheiroi kanones (”kätevä taulukot”). Ptolemaios opetti myöhemmin tähtitieteilijöille, miten kvantitatiivisten havaintojen avulla voidaan tarkistaa kosmologisia malleja.
Ptolemaios pyrki myös sijoittamaan astrologian terveelle pohjalle Apotelesmatikassa (”astrologiset vaikutteet”), joka myöhemmin tunnettiin nimellä Tetrabiblos neljän niteensä vuoksi. Hän uskoi, että astrologia on oikeutettu, joskin epätarkka tiede, joka kuvaa taivaiden fyysisiä vaikutuksia maanpäälliseen elämään. Ptolemaios hyväksyi perinteisten astrologisten oppien peruspätevyyden, mutta hän tarkisti yksityiskohtia sovittaakseen käytännön Aristoteeliseen käsitykseen luonnosta, aineesta ja muutoksesta. Ptolemaioksen kirjoituksista Tetrabiblos on vierain nykyisille lukijoille, jotka eivät hyväksy Astraalista ennustamista ja kosmologiaa, jota ohjaa sellaisten perusominaisuuksien kuin kuuman, kylmän, kostean ja kuivan vuorovaikutus.