司马迁在《史记》中把他列于稷下诸子之首，称“驺衍之术，迂大而闳辩”。邹衍到过赵、魏、燕等诸侯国，均受到各国国君礼遇。

邹衍开创战国时期阴阳家学派，其主要思想是“五德始终说”和“大九州说”。他把春秋战国时期流行的五行说附会到社会的变动和王朝的兴替上，提出“五德始终”的历史观。在对宇宙的空间认识方面，邹衍创立了“大九州”说。齐地濒海，这启发了他对宇宙空间广阔性的联想。他的思想宏大不经，古今中外、天文地理无所不包，因此有“谈天衍”的美誉。

邹衍的五德终始说不仅在当时受到重视，而且对后世的学术和政治也产生了重大影响。就学术而言，董仲舒将邹衍的阴阳五行学说与儒学相结合，开汉代儒学阴阳五行化的先河。就政治而言，五德终始说作为一种改朝换代的理论工具，受到历代新王朝建立者的信奉。秦始皇统一六国后，根据邹衍“水德代周而行”的论断，以秦文公出猎获黑龙作为水德兴起的符瑞，进行了一系列符合水德要求的改革，以证明其政权的合法性，遂成为五德终始说的第一个实践者。