Con el problema de la determinación de la Longitud, Mayer se hizo conocido durante su época como empleado en la editorial de mapas Homannschen en Nürnberg. Tobias Mayer descubrió que, para la determinación de la Longitud en el mar (y también en tierra firme) los únicos métodos que podían tener aplicación práctica eran los que se basaban en el encuentro de la Luna en su órbita mensual alrededor de la tierra con las estrellas de esa franja del firmamento. Para mejorar el método de determinación de la longitud, era necesario tener un conocimiento muy preciso del movimiento de la luna, el cálculo de su posición, que pudo resumir como resultado de su trabajo en una tabla. Para la ejecución de determinaciones de posición precisas en el cielo, Mayer ideó el principio de repetición en la construcción de un círculo de repetición (al que llamó astrolabio). Para la medición del ángulo en el telescopio, Mayer desarrolló un nuevo tipo de micrómetro, que utilizó en varios instrumentos.