他第一次使用“地理学”这一名称来代替以前所使用的那些术语——“地志”、“海志”和“陆志”。诚然，他把“地理学”这一名词用在狭义方面，即仅仅用在地球的图解方面。
而只是到了后来，“地理学”这个专门术语才从拜占庭人获得了“科学描述地球”的意义。
埃拉托色尼是数学地理学的创始者。他测量了黄道的倾角，并求出它等于２３°５１′１９″。他把这个测量方法还应用到另一件更为艰难的事业上，即企图测定地球的大小。
埃拉托色尼在亚历山大港曾利用时间测量器——圭表（一种挖空的半球，其状如碗）来进行测量，这种时间测量器是用雕刻成凹状的半球体和置于其中的木标组成的。这个木标把阴影映在圭表的内侧面上，按照这个阴影的长度可以测定出一个太阳日的时间。埃拉托色尼根据这种阴影的测量作出他的计算。
他知道，在夏至日的正午时分，太阳光直射到最深的井底，也就是说这时候太阳位于正天顶。日晷仪和圭表上都没有阴影（指西厄那）。
而在同一个时辰，在亚历山大港，日晷仪却能显示出阴影来。埃拉托色尼也观察了那里日晷仪上的阴影的长度。
然后他论证说，如果能测定阴影的长度与圭表上的大圆周的比例数，那么这个比例数应当等于西厄那与亚历山大港间经线上的弧对地球的整个经线上的圆周的比例数。埃拉托色尼求出了这个比例数等于１／５０。
埃拉托色尼的另一个重要功绩，是根据新的比较正确的资料制成了地球上有人居住地区的地理图。埃拉托色尼由于利用亚历山大港图书馆的资料，而熟悉了自马其顿的亚历山大远征亚洲以后所积累起来的，以及由无数希腊水手和商人从各国得到的所有一切资料。
从这些资料中，可以就当时地球上已知地区各地的距离和其相应的位置，得出大概的结论，并按照地理纬度，把这些地点安排于天文学上所测定的某些点内。
因为当时科学设备的不够，经度的测量还没有进行过，这时纬度的测量也是非常不准确的。
埃拉托色尼创立了普通地理学的完整体系，并且在那本《地理学概论》著作中加以说明，同时还附有一张我们前面已经谈到的，当时世人皆知的世界地图。
埃拉托色尼在自己的著作中，清除了地理学的神话和传说，并删去了历史成份，而代之以自然地理学的成份。在埃拉托色尼的地图上，自然不能表现出东亚和北亚以及非洲西部和南部的真实形状，因为当时尚不知道这些情况。根据埃拉托色尼的见解，大陆的宽度超过其长度的一倍以上。他还正确地推测到大西洋是和印度洋相汇通的，因而人们可以从海道绕过非洲。
一般说来，埃拉托色尼认为未知的区域，即围绕在已知世界的周围的区域，是浩瀚的海洋，所以，也应当把他看作是一位古代“海洋论”的代表人物。
这时期一个重要的进步，在于开始理解山脉。季凯阿尔赫就曾经指出有一条巨大的亚洲山脉。这位大地理学家已敢于试作三角法测高，尽管他的测量得到了大大超过实际高度的数字，但是比完全靠不住的更为超出实际的估计，总是一个进步。
显然，这时还谈不到从地貌学来理解山脉。海岸的变动却是被理解了。陆地上的海生贝壳足以证明海洋的扩展。当时猜测过海峡的产生，并且争论着是否一切海面都同样高。
还有人研究过海潮的运动，而且认识到它和月球运动的联系。
在气候带的理解中，最先的学说是，只有比较窄的中央带是可以居住的。但是这个学说也逐渐站不住脚了，因为对陆地的知识扩大了，对印度的知识增加了，指出了热带的可住性。旅行家们还指出了寒冷地带的可住性。同纬度温度的不同还较少受到注意，只知道温度随海拔升高而递减的事实。