德国天文学家J.开普勒仔细分析和归算了B.第谷对行星特别是火星的长时间的观测资料，总结出这三大定律。

①所有行星的运动轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点。在以太阳为极点、近日点方向为极轴的极坐标中，行星相对于太阳的运动轨迹为椭圆，表示椭圆的长径。

②行星的向径（太阳中心到行星中心的连线）在相等的时间内所扫过的面积相等，即面积定律。由于扇形和的面积相等，因此行星在近日点附近比远日点附近移动得更快。

面积定律示意图

这两条定律是在1609年出版的《新天文学》一书中提出的。

③行星围绕太阳运动的公转周期的二次方与它们的轨道半长径的三次方成正比。设T为行星公转周期，则。这条定律是在1619年出版的开普勒另一著作《宇宙谐和论》中提出的。

这三条定律为万有引力定律的发现奠定了基础。从万有引力定律和牛顿运动定律也可以推出开普勒定律，只是需要对其中第三定律进行修正，即改成：

式中为常数；和分别为太阳和行星的质量。