Quel est le statut que l'on doit accorder aux thèses héliocentriste et géocentriste et donc quel est le statut de toute théorie physique ? C'est la question que pose Duhem dans ce livre très complet. Il y répond en relatant l'objet de la physique dans L Histoire : pour Platon, l'astronomie rend compte des apparences (ou sauve les phénomènes, sous-titre de ce livre), pour Aristote il s'agit d'étudier la nature des corps célestes, pour Ptolémée les hypothèses astronomiques sont des fictions de géomètres : toute théorie sauve les apparences. Jusqu'à Copernic où l'héliocentrisme n'est plus une fiction mais une conformation à la réalité. Galilée embrasse son système contre le dogme aristotélicien de l'Eglise qui défend une Terre fixe…
Duhem propose le concept instrumentaliste suivant : les théories sont des instruments pour expliquer le monde et ne peuvent être interprétées comme se conformant à la réalité. La physique ne décrit pas la réalité ultime et ne se prononce pas sur la métaphysique.