邹衍的学说主要有两个方面，一是地理方面的天下大九州说，二是五德终始的历史观。
《史记·孟子荀卿列传》谓邹衍“乃深观阴阳消息而作怪迂之变，《终始》、《大圣》之篇十余万言。其语闳大不经，必先验小物，推而大之，至于无垠”。但邹氏《终始》、《大圣》篇十余万字的著述今均已亡佚，其学说只能从稍后的一些论著中见到一些大概的说法。《史记·孟子荀卿列传》中记述了有关邹衍天下大九州之说：
先列中国名山大川通谷，禽兽水土所殖，物类所珍，因而推之，及海外人之所不能睹。称引天地剖判以来，五德转移，治各有宜，而符应若兹。以为儒者所谓中国者，于天下乃八十一分居其一分耳。中国名曰赤县神州。赤县神州内自有九州，禹之序九州是也，不得为州数。中国外如赤县神州者九，乃所谓九州也。于是有裨海环之，人民、禽兽莫能相通者，如一区中者，乃为一州。如此者九，乃有大瀛海环其外，天地之际焉。