Han formulerede tre love om planetarisk bevægelse baseret på de detaljerede observationer af Tycho Brahe:
1. Lov om ellipser: Planeter kredser om solen på elliptiske stier, med solen ved ét fokus på ellipsen.
2. Lov om områder: Et linjesegment, der slutter sig til en planet til solen, fejer lige store områder i lige store tidsintervaller.
3. Lov om perioder: Kvadratet for en planets orbitalperiode er proportional med terningen af den semi-major-akse i dens bane.
Disse love revolutionerede vores forståelse af solsystemet og lagde grundlaget for Newtons lov om universel gravitation.