在拜占廷最具盛名的天文學家是4世紀下半期拜占廷數學、天文學家塞奧(？～380年)，他是當時地中海世界最著名的大學者，曾註釋了托勒密的《天文學大全》，並對這部古典天文學的集大成著作的後半部進行補充。他還在仔細研究托氏理論的基礎上，準確計算出364年兩度發生的日食和月食。
為了計算天體運動，塞奧整理註釋公元前4世紀古希臘數學家歐幾裏得的《幾何原本》等著作，使這些極富價值的作品得以保存，它後來成為伊斯蘭學者轉譯為阿拉伯文的古典幾何“九大行星”圖(現存羅馬國家圖書館的9世紀拜占廷古籍插圖)。學珍貴文本的主要依據。塞奧能受到學術界普遍的尊崇，還在於他培養了—大批學者，其中包括他的女兒海帕提婭，她被認為是拜占廷歷史上最出名的女學者。
在天文學領域，拜占廷人仍視2世紀的亞歷山大天文學家托勒密的理論為最高權威，其“地心說”仍然在拜占廷學術界流行。他們十分重視古代希臘羅馬的天文知識，註重學習古典天文學理論。
自4世紀以後，拜占廷人翻譯註釋了許多古代天文學作品，其中影響最大的是晚期羅馬帝國數學家和天文學家帕珀斯(？～320年)的《天文學大全註釋》，該書依據托勒密(130～175年)天文學理論分析天體運行，準確地預測了發生在320年10月18日的日環食。如同在古希臘也出現過“日心說”壹樣，拜占廷學者也對托氏理論提出挑戰，但托勒密的理論並未被推翻。對於日環食現象，拜占廷天文學家進行了正確的說明，他們還基本正確地解釋了閃電雷鳴與暴風雨的關系，但是，對異常天象和自然災害還沒能有科學的解釋，而常常將這些現象解釋為來自上天的警告和對人類罪孽的懲罰。