上世紀美蘇太空軍備競爭時期，兩國都曾在月球表面放置反射鏡，所以現在測量地月距離既方便又精確：從地球發射一束雷射到月球的反射鏡上並反射回地球，根據光速和往返時間就可以算出地月距離。
但古希臘人沒有這麼先進的工具和理論，他們的方法更凸顯了人類的智慧。
古希臘方法
古希臘時期，人們崇尚尺規作圖，尚且沒有精密的儀器，天體數據多數以肉眼觀測。他們用簡單幾何知識——相似原理，就能計算出地月距離。相似原理是一條等式：a/b=c/d，如果已知其中3個量就能算出第4個量。
將地月距離作為未知量，為了獲得其餘3個量，古希臘人需要分4步走：
認識到地球是圓的（球體）
對古希臘人而言這個認知不算難，在海上總是會看到遠方船隻的桅杆比船身先露頭，仿佛是從海平面下升起來一樣；再者通過觀察月食，認識到月食的成因是地球的影子遮住月亮，而影子是圓的，也就能意識到地球是圓的。
測量地球直徑
地球直徑有這麼一種測法：發現太陽光是近似平行光，由於地球是圓的，所以同一時刻陽光照到地球不同緯度地區的入射光角度是不一樣的，而這兩地的陽光角度之差就是兩地的地心角θ。因此相隔兩地的人分別記錄下各地的陽光角度，以及兩地的距離（即弧長L），就可以算出地球半徑R了。
原理如下圖所示：
這裡選取埃及的亞歷山大港與亞斯文地區的距離作為弧長L，圖中亞斯文地區為正午太陽直射，可以減小測量誤差。
計算月球直徑
接著需要得到月球直徑數據，古人是根據月食推測的。
首先古希臘人已知月食的本質是月球進入到了地球影子中，而出現月全食則表明地球影子是大於月球面積的。古希臘人推測，地球影子大小與地球大小差不多，而根據月全食現象的視角變化（如月球剛剛進入影子到完全進入影子的視角差，即「月球視角差」；與月球剛剛進入影子到剛剛出影子的視角差，即「地球影子視角差」），可以推算出月球直徑與地球影子直徑之比，也即月球與地球的直徑之比。原理如下圖：
根據古希臘人的對月全食的觀察，地球影子直徑是月球的2倍（如今的測量值是3.5倍）。
後來他們又意識到因為太陽與地球的距離不夠遠，地球影子與地球大小是不同的，影子比實物小。經過校正後，他們得出「地球直徑是月球的3倍」結論，與現在的測量值「3.5倍」的數據稍有偏差，也許是因為當時的計時方式不準確，但其中的幾何方法沒有問題。
計算地月距離
上述這番折騰只是為了獲取「月球直徑」d1。
這裡舉例古希臘天文學家阿里斯塔克斯的方法：閉一隻眼睛，手握成點讚狀，將大拇指對準月亮，嘗試移動手的前後位置讓大拇指剛剛好遮住月亮。這時就構成了一組相似三角形，容易得出（拇指的寬度d0）:（月球直徑d1）=（人眼到拇指的距離L0）:（地月距離L1）。
因此地月距離L1=L0*d1/d0，只是L0與L1差異太大，導致測量產生的誤差也會很大。