1609年出版于海德堡。全书共70章，650页，分成五大部分。第一部分共6章是对托勒密、N.哥白尼和第谷行星运动几何模型的比较，指出三种模型在近期位置计算中给出的结果相同，但在对过去和未来位置的计算中则都会出现可测量的误差。第二部分共15章，讨论前人对火星第一均差的分析。第三部分共19章，讨论由太阳或地球运动造成的火星第二均差。第四部分共20章，内容是根据物理原因和经验讨论对第一均差的准确测算。第五部分共10章，讨论火星的纬度。开普勒以一种纪实性的笔法，报告了自己通过火星运动探讨其轨道形状的工作步骤，和在这个过程中分阶段得到的几个重要认识：①所有行星轨道的中心都位于真太阳上，因此太阳是其他行星的轨道中心和运动的原因。②行星在轨道上的速度不可能一直保持匀速，而会随着它到太阳的距离改变而改变，使得行星与太阳之间的连线在单位时间内所扫过的面积保持不变。③行星的运动轨道只能是一个椭圆，而不是其他形状。其中第②③两条就是开普勒第二和第一定律的最早表达。开普勒在书中根据第谷对彗星运动的观测否定了固体天球的存在，所以他也试图把对行星运动的几何分析建立在物理学的基础上，认为太阳会发出一种类似于磁力的东西，推动行星按照他所揭示的几条规律运动。他把这种基于物理学的行星运动研究称为“新天文学”或者“天体物理学”。

1609年出版的《新天文学》封面