Mens andre før ham, ligesom Nicolaus Copernicus, havde foreslået en heliocentrisk model af solsystemet, var det Kepler, der gennem omhyggelige observationer og beregninger baseret på Tycho Brahes data formulerede de tre love om planetarisk bevægelse:
1. ellipsens lov: Planeter bevæger sig i elliptiske kredsløb med solen med et fokus.
2. Loven om områder: En linje, der slutter sig til en planet til solen, fejer ud lige store områder i lige tider.
3. Loven om perioder: Kvadratet for en planets orbitalperiode er proportional med terningen af den semi-major-akse i dens bane.
Disse love, især den første, revolutionerede vores forståelse af planetarisk bevægelse og lagde grunden til Isaac Newtons senere arbejde med universel gravitation.