Cirka 250 f.Kr. utvecklade han en metod baserad på att observera månens faser och använda geometri. Han resonerade att när månen är exakt halvt upplyst, bildar vinkeln mellan solen, jorden och månen en rätt vinkel. Genom att mäta vinkeln mellan solen och månen vid denna tidpunkt kunde han uppskatta de relativa avstånden.
Även om hans metod var genial, var Aristarchus mätningar långt ifrån exakta på grund av begränsningar i hans observationsverktyg och förståelse av solsystemet. Men hans försök lägger grunden för senare astronomer att förfina dessa mätningar.