Al comienzo de la Revolución Científica, la explicación dominante de los cometas era la de Aristóteles, quien creía que eran fuegos ubicados más cerca que la Luna y, por lo tanto, meteorológicos y no astronómicos. Escritores posteriores atribuyeron un significado astrológico a los cometas, vinculándolos con fenómenos celestiales. Durante el siglo XVI, muchos astrónomos importantes adoptaron una nueva explicación que trataba a los cometas como lentes esféricas, con colas creadas al enfocar los rayos del Sol. Al mismo tiempo, los primeros intentos de rastrear la distancia de los cometas desde la Tierra establecieron que estaban más allá de la Luna y plantearon serias preguntas sobre la doctrina de Aristóteles de que los planetas estaban sostenidos por esferas de éter. En la primera mitad del siglo XVII, compitieron muchas explicaciones sobre el origen, la composición y el movimiento de los cometas. La clasificación que hizo Isaac Newton de los cometas como que regresan o no regresan sentó las bases de las teorías modernas, aunque siguió atribuyéndoles un importante papel providencial.
El universo de Aristóteles se divide en dos regiones: los cielos y la tierra. Su límite es la esfera centrada en la Tierra en la que Aristóteles (384–322 a.C.) imaginó que estaba incrustada la Luna. Como los cielos están compuestos de una sola sustancia, nada que cambiara podría existir allí. Los cometas eran un problema para Aristóteles: parecían moverse como un cuerpo celeste, pero surgían y desaparecían, lo que no podía suceder en los cielos. También variaban mucho en apariencia, a veces de una noche a otra. Aristóteles concluyó, en su Meteorología, que los cometas debían ser algún tipo de fuego en las regiones superiores del mundo terrestre y, por lo tanto, más cerca que la Luna. Los escritores griegos y romanos posteriores aceptaron casi universalmente esta explicación. Los autores posteriores también comenzaron a tratar a los cometas como señales de advertencia de catástrofes políticas, plagas, clima seco y sequías (las tres últimas, al menos, resultantes del calor del cometa).
Durante la Edad Media, los astrólogos con formación médica comenzaron a observar los cometas con instrumentos nuevos y más precisos diseñados originalmente para su uso en astronomía. Así, aunque se consideraban fenómenos atmosféricos, los cometas llegaron a vincularse con el estudio de los cielos porque, al igual que las estrellas y los planetas, tenían un significado astrológico y se podían utilizar los mismos instrumentos para examinarlos.
El primer intento de medir la distancia de un cometa a la Tierra probablemente lo hizo Levi ben Gerson (1288-1344), quien ideó un nuevo instrumento conocido más tarde como el radio astronómico o el bastón de Jacob. Los resultados de su medición no han sobrevivido. Johannes Regiomontanus (1436-1476) adoptó el instrumento de Levi, probablemente utilizándolo en 1472 para medir la altitud de un cometa, que descubrió que se encontraba dentro de la esfera de la Luna. Sugirió que la cola era humo que se elevaba de las llamas del cometa, que según la física de Aristóteles se esperaría que se alejaran radialmente de la Tierra.
Basándose en el brillante cometa de 1532, Peter Apian (1495-1552) en Alemania y Girolamo Fracastoro (1478-1553) en Italia concluyeron que la orientación real de las colas de los cometas era en dirección opuesta al Sol, en un gran círculo desde el Sol a través de la cabeza del cometa. Esta nueva observación llevó a Girolamo Cardano (1501-1576) e Ioannes Pena (1528-1558) a sugerir, durante la década de 1550, que los cometas no eran fuegos sino lentes esféricas condensadas a partir de material celestial, con colas creadas cuando los rayos del Sol se enfocaban al pasar a través de la cabeza del cometa. Pena también admitió que al menos algunos cometas estaban más allá de la Luna y señaló, en contra de Aristóteles, que los fuegos carecían del poder de enfocar los rayos de luz. Entre las figuras posteriores que respaldaron esta visión se encuentran Christoph Rothmann (1555-1597), Michael Maestlin (1550-1631), Tycho Brahe (1546-1601) y el joven Johannes Kepler (1571-1630).
Brahe no pudo alinear la cola del cometa de 1577 con el Sol y concluyó que fue creado por la luz del brillante planeta Venus. Igualmente importante, Maestlin y Brahe determinaron la distancia desde la Tierra hasta este cometa a lo largo de varios meses. Estos demostraron que, si se trazara en un universo centrado en la Tierra, la trayectoria del cometa pasaría por una serie de esferas de éter de Aristóteles. Ambos concluyeron que el relato de Aristóteles sobre los cielos era erróneo y que el movimiento del cometa estaba centrado en el Sol. Aunque Kepler inicialmente aceptó la explicación óptica de los cometas, pronto se convirtió en su crítico, señalando que los rayos de luz enfocados por la cabeza de un cometa no serían visibles a menos que hubiera algo detrás del cometa sobre lo que brillaran los rayos. Prefería la visión de que los cometas son condensaciones temporales de materia celestial y que la cola es una corriente de partículas finas que el cometa deja atrás a medida que se mueve por los cielos (esencialmente coincidía con la visión moderna). En lugar de las trayectorias heliocéntricas de Brahe y Maestlin, insistió en que los cometas se mueven en línea recta.
Entre las principales figuras de la Revolución científica, sólo Galileo Galilei (1564-1642) se negó a aceptar que los cometas fueran objetos celestiales, aunque rechazó la explicación de Aristóteles sobre los cielos por otros motivos. En las universidades, las doctrinas de Aristóteles sobre los cometas siguieron siendo prominentes.
René Descartes (1596-1650) liberó a los cometas del Sol. Newton (1642-1727) estableció la conjetura de Descartes sobre una base matemática al distinguir entre cometas que regresan y cometas que no regresan. Las órbitas newtonianas alrededor del Sol son cerradas (elipses, con los círculos como un caso especial) o abiertas (parábolas e hipérbolas). El trazado de la trayectoria de un cometa estableció de una vez por todas que los pares de cometas vistos con un breve intervalo de separación eran el mismo objeto que se acercaba y se alejaba del Sol. Si la trayectoria del cometa era abierta, nunca regresaría. Si su trayectoria era cerrada, se podía calcular una fecha precisa para su reaparición.
Newton y Edmond Halley (1656–1743) establecieron que el cometa de 1682, que ahora lleva el nombre de este último, tenía una órbita elíptica alargada y predijeron con éxito su regreso. Newton también siguió otorgando un papel importante a los cometas en el plan providencial de Dios para el universo. Al igual que los estoicos, supuso que el Sol necesitaba nuevos suministros de combustible de manera regular y creía que este era proporcionado por los cometas que caían en el Sol a medida que sus órbitas decaían. Un cometa particularmente grande haría que el Sol se hinchara y brillara, esterilizando la Tierra y preparando el camino para un nuevo ciclo de creación. Se esperaba que el brillante cometa de 1680 cumpliera esta función después de cinco o seis revoluciones más.