Terwijl anderen voor hem, zoals Nicolaus Copernicus, een heliocentrisch model van het zonnestelsel hadden voorgesteld, was het Kepler die, door nauwgezette observaties en berekeningen op basis van de gegevens van Tycho Brahe, de drie wetten van planetaire beweging formuleerde:

1. De wet van ellipsen: Planeten bewegen in elliptische banen met de zon op één focus.

2. De wet van gebieden: Een lijn die een planeet aan de zon verbindt, veegt in gelijke tijden gelijke gebieden uit.

3. De wet van periodes: Het kwadraat van de orbitale periode van een planeet is evenredig met de kubus van de semi-major-as van zijn baan.

Deze wetten, met name de eerste, brachten een revolutie teweeg in ons begrip van planetaire beweging en legden de basis voor het latere werk van Isaac Newton aan universele zwaartekracht.