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Cassini utilizó los instrumentos de observación para averiguar la naturaleza física de los planetas. Uno de sus primeros logros astronómicos fue la resolución del problema propuesto por Kepler de encontrar el apogeo y la excentricidad de un planeta sugiriendo para ello que la órbita era oval y no elíptica como proponía Kepler. Calculó que la eclíptica se encontraba inclinada 23 grados 29 minutos respecto al plano central de la galaxia, sólo un par de minutos mayor que el valor actual.

Cassini sostenía que la Tierra era el centro del Sistema Solar, con los planetas girando a su alrededor y más allá de Saturno los cometas. Pero tras los estudios realizados a un cometa entre 1652 y 1653 publicó sus conclusiones en las que se ve su acercamiento a las propuestas de Tycho Brahe.