Pedro Nunes viveu num período de transição, onde a ciência mudou de uma índole teórica (e onde o principal papel dos cientistas era comentar os trabalhos dos autores precedentes), para a provisão de dados experimentais, ambos como forma de informação e método de confirmar as teorias existentes. Nunes foi, acima de tudo, um dos últimos grandes comentadores, como mostra o seu primeiro trabalho publicado, mas também reconhecia a importância da experimentação.
Nunes acreditava que o conhecimento científico devia ser partilhado. Assim, o seu trabalho original foi impresso em três línguas diferentes: Português, Latim - para atingir a comunidade académica Europeia -, e ainda um (Livro de algebra en arithmetica y geometria) em Espanhol, o que foi considerado surpreendente por alguns historiadores, dado que Espanha era então o principal adversário de Portugal no domínio dos mares.
Muito do seu trabalho está relacionado com a navegação. Foi ele o primeiro a perceber porque é que um navio que mantivesse uma rota fixa não conseguiria navegar através de uma circunferência, o caminho mais curto entre dois pontos na terra, mas deveria antes seguir uma rota em espiral chamada loxodrómica. A posterior invenção dos logaritmos permitiram a Gottfried Leibniz estabelecer a equação algébrica para a loxodrómica. No seu Tratado em defensão da carta de marear, argumenta que uma carta náutica deveria ter circunferências paralelas e meridianos desenhados como linhas rectas. Ele também mostrava-se capaz de resolver todos os problemas que isto causava, uma situação que durou até Gerardo Mercator desenvolver a chamada "projecção de Mercator", sistema que é usado até hoje. É no mesmo "Tratado de Defensão da Carta de Marear" que Pedro Nunes exalta as navegações portuguesas: "E fizeram o Mar tão chão, que não há hoje quem ouse dizer que achasse novamente alguma pequena Ilha, alguns Baixos ou sequer algum Penedo, que por nossas navegações não seja já descoberto". Nunes debruçou-se sobre vários problemas práticos de navegação respeitantes à correcção da rota ao mesmo tempo que tentava desenvolver métodos mais precisos para determinar a posição de um navio. Os seus métodos para determinar as latitudes e corrigir os desvios das agulhas magnéticas foram empregados com sucesso por D. João de Castro nas suas viagens a Goa e ao mar Vermelho.
Ele criou o nónio para melhorar a precisão dos instrumentos. A sua adaptação ao quadrante foi utilizada por Tycho Brahe que, contudo, o considerava demasiado complexo. Mais tarde foi aperfeiçoado por Pierre Vernier para a sua forma actual. Pedro Nunes também trabalhou em diversos problemas mecânicos, de um ponto de vista matemático. Ele foi provavelmente o último grande matemático a fazer aperfeiçoamentos significativos ao sistema de Ptolomeu (um modelo geocêntrico), contudo isso perdeu importância devido ao novo modelo de Nicolau Copérnico, o heliocêntrico, que o substituiu.
Nunes conheceu o trabalho de Copérnico, mas só lhe fez uma pequena referência nos seus trabalhos publicados, afirmando que era um matematicamente correcto. Ao fazer isto, aparentemente estaria a evitar opinar sobre a questão se seria a Terra ou o Sol o centro do sistema.
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