Brahe ölmeden önce, o güne kadar yapmış olduğu bütün gözlem kayıtlarını Kepler'e bırakmıştı. Kepler Brahe'nin gözlem kayıtlarını inceledi ve astronomik tablolardan bir anlam çıkarmaya çalıştı; bütün bu çalışmalarında Copernicus sistemini temele aldı. Kepler, bu konuda, bilinen her şeyi kapsayan ve bunlar arasında mutlak bir uyum sağlayan bir sistemin varolması gerektiğini düşünmüş ve Brahe'nin gözlemlerinden yararlanarak, bıkıp usanmadan, tekrar tekrar yaptığı hesaplar sonucunda, gezegenlerin dairesel yörüngeler üzerinde ve muntazam hızla dolandıkları temel prensibini terk etmiş ve ünlü üç kanununu ortaya koymuştur. Bu nedenle Kepler, modern gök mekaniğinin kurucusu olarak bilinir.
Brahe'nin gözlem kayıtlarını inceleyen Kepler, kristal kürelerin varolmadığını savunmuştur. Kristal küreler olmadığı takdirde, gezegenlerin hareketlerini açıklayacak yeni bir gök fiziği kurmak gerekiyordu. İşte bu, Kepler'le başlayan ve Galilei ve Newton'la son bulan bir süreçle başarılmıştır.
Kepler ilkin Mars'ı gözlemleyerek işe başladı. Mars'ın hareketini dairesel bir yörüngeye oturtmaya çalıştı. Brahe'nin gözlemleri ile kendi gözlemlerini karşılaştıran Kepler, Mars'ın sadece iki konumda dairesel yörünge üzerinde bulunduğunu, ancak diğer konumlarda Mars'ın daire içerisinde olduğunu tespit etti. Bu keşfi onu daire dışında eğriler kullanmaya itti. Gözlemler, gezegenin Güneş etrafında dolanırken bazen yavaş bazen hızlı dolandığını göstermekteydi. Oysa daire üzerindeki hareket düzgün olmalıydı. Demek ki yörünge daire değildi. Uzun uğraşlar sonucunda Kepler yörüngenin eliptik olması gerektiğini buldu. Bu Kepler'in birinci yasasıdır. Şekil 48 Elips Yörüngelerin Bulunuşu
1. Yer'de dahil olmak üzere, gezegenler, odaklarının birinde Güneş'in bulunduğu bir elips üzerinde dolanırlar. Kepler bu yasası ile, o zamana kadar daire olarak bilinen gezegen yörüngelerinin elips olduğunu söylüyordu. Bu ise, daha önce daireye göre yapılan hesaplamalardaki sapmaları tamamen ortadan kaldırıyordu.
Bu aşamada, iki merkezden birinde Güneş'in bulunduğu eliptik yörünge görüşü, gezegenin bu yörünge üzerinde ne hızla yol aldığı sorusunu ortaya çıkardı. Kepler hesaplamalar sonucunda, gezegenin Güneş'e yakın olduğunda hızlı, uzak olduğunda ise yavaş hareket ettiğini buldu. Buna göre, gezegen, eşit zamanlarda, eşit alanları tarıyordu. Böylece Kepler ikinci kanununu bulmuştu.
2.Güneş'le gezegeni birleştiren doğru parçası, eşit zamanlarda eşit alanlar süpürür. Daha sonra ise, Kepler, gezegenlerin periyotları ve uzaklıkları arasında bağıntı buldu: Gezegenlerin periyotlarının karesi ile Güneş'e olan uzaklıklarının küpü birbirleri ile orantılı idi. Bu ise üçüncü yasasıdır.
3.Gezegenlerin periyotlarının karelerinin, Güneş'e olan uzaklıklarının küplerine oranı birbirlerine eşittir (T2/a3=T12/a13).
Kepler'in bulduğu yanıtlar, gezegen sistemiyle ilgili kuvvet yasalarının saptanması için gerekli olan temeli sağlamış ve Copernicus'u haklı çıkarmıştır. Diğer taraftan teorinin tam olarak yerine oturması için önce sistemin olanaklılığının gözlem yolu ile doğrulanması gerekiyordu. Bunu ise Galilei sağladı.