邹衍的著作很多，皆已散佚。《史记·孟子荀卿列传》说邹衍著有“十余万言”。《汉书·艺文志》阴阳家著录《邹子》四十九篇，《邹子终始》①《左传》文公七年。
②《洪范》，大约是战国时期的作品。
五十六篇，也都亡佚。
邹衍的学说邹衍跟儒家的关系密切。《史记·孟子荀卿列传》说“然要其归，必止乎仁义节俭，君臣上下六亲之施，始也滥耳。”这些是符合儒家宗旨的。《盐铁论·论儒》引御史的话说：“邹子以儒术干世主，不用，即以变化始终之论，率以显名。”这是说，他先是儒家，以后成为阴阳五行家的。他的五德终始说，也可能是由儒家思孟学派的五行说进一步演化而来。
邹衍的学说体系“闳大不经”，包括天论、地理学说和历史观。
邹衍的天论，是“称引天地剖判以来”的自然、历史的变化发展，一直往上推到天地没有产生以前的不可考究的混沌状态。他的天论在当时很著名，被称颂为“谈天衍”①。
邹衍的地理学说，认为儒者所说的“中国”，不过是天下的八十分之一。中国，他名为“赤县神州”。赤县神州内自有九州，就是《禹贡》中所说的九州。相当于赤县神州大小的州，还有八个，就是大九州。每一大州的四周，有裨海环绕。大九州的四周有瀛海环绕。再往外就是天地的边际。
邹衍大九州说的产生，可能跟齐国商业交通的发达，尤其是便于海上交通的条件有关系。这一学说，反映了我国战国时期人们对世界地理的推测，认为中国只是世界的一小部分。这一学说扩大了人们的眼界，在人类地理认识史上也是一个进步。当然，他只是猜测、想象，而不是科学的。
在历史观方面，邹衍有《主运》一书。“主运”的意义和“五行”相当。《史记·封禅书》说：“邹衍以阴阳主运显于诸侯”。《史记集解》引如淳的话说：“今其书有主运，五行相次转用事，随方面为服”。邹衍的基本思想是五德终始论。这是他“深观阴阳消息”有得的理论，也是他显名于当时的主张。五行说有相生和相胜的两种说法。相生的次序是：木生火，火生土，土生金，金生水，水生木。《吕氏春秋》、《礼记·月令》，用五行来配四时：春木，夏火，秋金，冬水。因为土没有地方安置，便把它放在季夏。这种五行相生说是用来解释自然现象的，到了邹衍把相生说改为相胜说，把用来解释自然现象的五行，附会到社会现象上，叫作“五德”（德是属性的意思），用来解释历史上的政权兴衰，“递兴废，胜者用事。①就是五德终始说。所谓五行相胜，就是：木克土，金克木，火克金，水克火，土克水。邹衍的五德终始说，在《吕氏春秋·应同》中还保存有比较完整的一段：凡帝王者之将兴也，天必先见祥乎下民。黄帝之时，天先见大螾（蚯蚓）大蝼（蝼蛄）。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，赤乌衔丹书集于周社。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。邹衍的五德终始，即五行相胜说，是依照土、木、金、火、水顺序，“终始”①《史记·孟子荀卿列传》。
①《吕氏春秋·荡兵》。
