Durch Vergleich der Position des Hauptsterns der Jungfrau, Spica, mit etwa 150 Jahren zuvor beobachteten Positionen entdeckte er die Präzession der Äquinoktien, das sich um etwa 2° verschoben hatte. Daraus errechnete Hipparchos eine Präzession von mindestens einem Grad pro Jahrhundert, der tatsächliche Wert liegt bei einem Grad pro 72 Jahre. Sowohl die von Hipparchos gemessene als auch die frühere Position waren bei Mondfinsternissen bestimmt worden. Da durch Babylonische Beobachtungen die zwischen Mondfinsternissen verstrichene Zeit sehr exakt bekannt war, kam Hipparchos zum Schluss, dass sich der Hintergrund des Himmels verschoben haben müsse.

Timocharis von Alexandria und Aristyllos hatten bereits um 300 v. Chr. eine Zusammenstellung von Sternpositionen aufgezeichnet, die allerdings wahrscheinlich lückenhaft war. In dem Jahr 135 v. Chr. erschien ein neuer Stern, möglicherweise eine Supernova. Das die Fixsternsphäre als ewig angesehen wurde, bargen solch neue Sterne Brisanz (wie auch zu Zeiten des Tycho Brahe). Hipparchos entschied sich, einen vollständigeren Sternkatalog anzulegen, der etwa zwischen 800 und 1 Tausend Sterne umfasst haben muss. Der Katalog selbst ist nicht überliefert, aber es gilt als wahrscheinlich, dass Ptolemäus immerhin teilweise Hipparchos Positionen in den Almagest übernahm, und um die aufgelaufene Präzession korrigierte.

Die unterschiedlichen Längen der Jahreszeiten war bereits den Babyloniern bekannt, aber Hipparchos verbesserte den Wert wesentlich. Er schuf so die Grundlage für genaue Positionsmessungen, die sich an die Position der Sonne anschlossen. Das von Hipparchos eingeführte und danach allgemein übliche Positionsmessgerät, die Armillarsphäre, wurde nach der Sonne geeicht.

Hipparchos stellte außerdem die erste bekannte Tabelle mit trigonometrischen Sehnen zusammen, die die Grundlage für trigonometrische Berechnungen bildeten. In heutiger Notation ist dies

Sehne (A) = 2 · sin(A/2),

die er in Schritten von 7,5° angab.

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