而邹衍认为，天地有五行，从天地剖判以来的人类社会都是按照五德即五行之德转移的次序进行循环的。
而五德转移是仿照自然界的五行相克即土克水、木克土、金克木、火克金、水克火的规律进行的。
人类社会的历史变化同自然界一样，也是受土、木、金、火、水五种物质元素支配的，历史上每一王朝的出现都体现了一种必然性。
邹衍说“五德之次，从所不胜，故虞土、夏木”淮南子齐俗训篇高诱注引邹子。
文选魏都赋李善注引七略曰“邹子有终始五德，从所不胜，木德继之，金德次之，火德次之，水德次之。”
吕氏春秋应同讲得更具体“凡帝王之将兴也，天必先见祥乎下民。黄帝之时，天先见大螾大蝼。黄帝曰土气胜土气胜，故其色尚黄，其事则土。及禹之时，天先见草木秋冬不杀。禹曰木气胜木气胜，故其色尚青，其事则木。及汤之时，天先见金刃生于水。汤曰，金气胜金气胜，故其色尚白，其事则金。及文王之时，天先见火，赤鸟衔丹书集于周社。文王曰；火气胜火气胜，故其色尚赤，其事则火。代火者必将水，天且先见水气胜。水气胜，故其色尚黑，其事则水。”
上述引文据近代学者考证，应属于邹衍的佚文，至少体现了邹衍的学说精神。
邹衍的这种学说为齐闵王称东帝，燕昭王称北帝奠定了理论基础，因而受到他们的礼遇和重用是不难理解的。
这种学说后来被秦始皇接了去，为他的称帝及其统治服务。
史记封禅书说“邹子之徒论著终始五德之运，及秦帝而齐人奏之，故始皇采用之。”
王应麟汉书艺文志考证说“东莱吕氏曰方邹衍推五德之运，人视之，特阴阳末术耳，若无预于治乱之数也。及至始皇始采用之，定为水德。
以为水德之治，刚毅戾深，事皆决于法，刻削毋仁恩和义，然后合五德之数。于是。急法，久者不赦，则其所系岂小哉”邹衍的五德终始说认为人类社会是在不断变化的，自有其合理性，然以五行相生相克的理论来解释，就陷入了机械论。
至于秦始皇的“水德之治”，错不在邹衍身上。
邹衍提出了五行的概念、“五行生胜”的理论，试图说明事物运动变化的普遍的规律。他认为木生火，火生土，土生金，金生水，水生木是五行相生的转化形式，说明事物之间有着对立的关系。这是具有朴素唯物主义和辩证法的思想因素。
他把历史看成常变的，认为没有万世长存的王朝，这是合理的，但忽视了历史变革的社会和经济原因，将至归结以神秘的天意，并且是循环论，这就陷入了迷信的泥潭。
邹衍的阴阳五行思想对后代哲学，医学，历法，建筑等领域影响很大，尤其是在汉代被董仲舒的新儒学所吸收，成为支持“君权神授”的学说的理论框架。
大九州的地理学说
邹衍还有一个重要学说，即大小九州说。
邹衍说“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，乃为州。
如此者九，乃有大瀛海环其外，天地之际焉。”
但仔细推敲，史记所说“中国于天下乃八十分居一分”之说，可能有误。
关于此问题，杨希枚先生认为，“中国外如赤县神州者九”，其中“九”应为八之误。因为只有这样才能得出中国为世界