作為第谷·布拉赫的繼任者，開普勒仔細研究了第谷多年來對行星的仔細觀察所做的大量記錄。第谷是望遠鏡發明前最後壹位偉大的天文學家。
開普勒認為，通過對第谷的記載進行細致的數學分析，可以確定哪種行星運動理論是正確的:哥白尼日心說，古代托勒密地心說，可能是第谷本人提出的第三種理論。但開普勒經過多年苦心的數學計算，發現第谷的觀測與這三個理論不符，他的希望破滅了。
最後，開普勒意識到了這個問題:他和第谷、拉格茲·哥白尼以及所有經典天文學家壹樣，假設行星的軌道是由圓或者復合圓組成的。但實際上，行星的軌道不是圓形的，而是橢圓形的。
1600年開普勒出版了《夢遊》壹書，這是壹部關於人類與月球人交流的純奇幻作品。書裏講了很多不可思議的東西，比如噴氣推進、零重力狀態、軌道慣性、宇航服等等。人們至今不明白，近400年前開普勒是怎麽想象這些高科技成果的。開普勒的書雖然是純玄幻，但壹定有壹些背景來源，比如畢達哥拉斯的話或者古希臘神話。
就在找到基本解之後，開普勒仍然不得不花幾個月的時間進行復雜而冗長的計算，以確認他的理論與第谷的觀察壹致。
從開普勒對這種運動本質的研究可以看出，萬有引力定律已經成型。開普勒在萬有引力證明中已經證明，如果行星的運行軌跡是圓形的，那麽它就符合萬有引力定律。如果軌道是橢圓的，開普勒沒有證明。牛頓後來用復雜的微積分和幾何方法證明了這壹點。
開普勒不僅發明了行星運動定律，還對天文學做出了許多小貢獻。他還對光學做出了重要貢獻。不幸的是，他晚年為私事感到難過。當時的德國開始陷入“三十年戰爭”的混亂，很少有人能躲在世外桃源。
他遇到的問題之壹是領工資。神聖羅馬帝國皇帝即使在繁榮時期也不滿地支付他的薪水。戰爭期間，開普勒的工資遲遲不能發放。開普勒結過兩次婚，有十二個孩子。這樣的財政困難真的很嚴重。另壹個問題是他媽媽在1620因為巫術被抓。開普勒花了很多時間試圖讓他的母親在不受折磨的情況下被釋放，他終於達到了目的。
開普勒於1630年卒於巴伐利亞雷根斯堡。在“三十年戰爭”的動亂中，他的墳墓很快被摧毀了，但行星運動定律卻永遠存在！開普勒的學習成績很優秀。1588年9月25日獲得文學學士學位。1591 8月11，他通過了藝術碩士考試。這時他想成為壹名路德會牧師，於是留在學校學習神學。
在大學裏，開普勒深受暗中傳播哥白尼學說的天文學教授麥斯蒂林的影響。後來，他回憶說:“當我在傑出的邁斯蒂林的指導下開始研究天文學時，我看到了舊的宇宙理論中的許多錯誤。我很喜歡教授經常提到的哥白尼，和同學辯論時也總是堅持他的觀點。”開普勒對天文學和數學有濃厚的興趣。
1594年，奧地利格拉茨新教高中的數學老師去世，要求圖賓根大學挑選接班人。此時，開普勒的神學課程只學了壹年就結束了，但學校認為他作為牧師不夠虔誠，所以強烈推薦他去格拉茨。他的朋友也勸他放棄神學。同年，開普勒去格拉茨中學教數學和天文學，後來又教古典文學、修辭學和道德。
1596年，開普勒出版了第壹部關於宇宙學的重要著作:《宇宙之謎》。在其中，他明確主張哥白尼體系，但也繼承了畢達哥拉斯和柏拉圖用數字解釋宇宙結構的神秘主義理論。他在序言中指出:“我試圖證明，當上帝創造宇宙並調整宇宙秩序時，他看到了自畢達哥拉斯和柏拉圖時代就廣為人知的五種正多面體。根據這個形狀，上帝安排了天體的數量，它們的比例和它們運動之間的關系。”他認為，土星、木星、火星、地球、金星和水星的軌道在六個大小不同的球體的球面上，六個球體依次嵌套成正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體和正二十面體，以太陽為中心。雖然這個假設很荒謬，但它促使開普勒進壹步尋找正確的宇宙結構理論。他把這本書分發給壹些著名的科學家。盡管丹麥天文學家第谷·布拉赫不同意書中的日心說，但他欽佩開普勒的數學知識和創造天才。伽利略還把他列為探索真理的同事。
由於反宗教改革運動，格拉茨中學重新回到天主教的懷抱，所有新教師生被驅逐出校門。開普勒，壹個新教徒，因為他突出的名聲而被重新雇用。看到自己的學生都已經散去，他又不想回格拉茨，就接受了第谷的邀請，於1600來到布拉格郊外的天文臺，做第谷的助手。第谷是望遠鏡發明前最後壹位偉大的天文學家，也是世界上有史以來最細心、最精確的觀察者。他是神聖羅馬帝國的皇家數學家，和魯道夫二世皇帝壹起住在布拉格。他的宇宙理論是托勒密體系和哥白尼體系的混合物。他認為行星圍繞太陽旋轉，太陽引導恒星圍繞地球旋轉。但是第谷幾十年來壹直在觀測天體的方位，積累了大量準確的資料。開普勒在天文學上的偉大發現，就是通過對這些材料的歸納分析而獲得的。第谷於1601年去世，開普勒成為魯道夫二世皇帝的禦用數學家。他的工資只有第谷的壹半，而且經常拖欠。他整理了第谷的遺產，在1602年出版了第谷的《新天文學》六卷，在1603年出版了第谷的《彗星解釋》。
1601開普勒出版了更可靠的《天文學基礎》。他不同意星星決定人的命運的觀點，對占星術持懷疑態度:“如果占星家有時是對的，那應該歸功於運氣。”但他仍然沒有擺脫神秘的宇宙和諧論。除了教數學，他的主要任務之壹就是講皇帝的星象，這也是他的終身事業。在他的最後壹份手稿中，保存了800多張星圖。雖然他不相信這種偽科學，但為了生計，他不得不這麽做。1604年9月30日，開普勒在巨蛇附近發現了壹顆新星(現在銀河系中稱為超新星)。雖然視力不好，但他還是繼續觀察了十個多月。他在1607年出版的《蛇夫座底部的新星》壹書中發表了自己的觀測結果，打破了星座不變的傳統說法。這壹年他看到了壹顆大彗星，後來被命名為哈雷彗星。
當時，地心說和日心說都認為行星會以均勻的圓周運動。但開普勒發現，對於火星的軌道，按照哥白尼、托勒密和第谷提供的三種不同方法，都無法計算出與第谷觀測壹致的結果，於是他放棄了火星勻速圓周運動的概念，試圖用其他幾何圖形來解釋。經過四年的苦思冥想，也就是在1609年，他發現橢圓完全適合這裏的要求，能夠做出同樣準確的解釋，於是得出結論。第壹定律的發現，即行星以橢圓軌道運行，需要擺脫傳統觀念的智慧和毅力。在此之前，所有的天文學家，包括哥白尼和伽利略，都堅持認為古希臘亞裏士多德和畢達哥拉斯的天體是完美的天體，圓是完美的，所有的天體都是圓周運動的。哥白尼知道幾個圓可以組合產生橢圓，但是他從來沒有用橢圓來描述天體的軌道。當時由於第谷觀測的準確性和開普勒的努力，日心說終於向前邁進了壹大步。然後開普勒發現火星運動不均勻，靠近太陽(近日點)時運動較快，遠離太陽(遠日點)時運動較慢，但從任意壹點看，徑向(太陽中心到行星中心的連線)同時掃過同壹區域。這就是開普勒第二定律(面積定律)。這兩個定律發表在1609年出版的《新天文學》(又名《論火星運動》)中，書中還指出這兩個定律同樣適用於其他行星和月球的運動。
1611年，開普勒的保護者魯道夫被他的弟弟逼退位，他仍然被新皇帝留用。他舍不得老師傅，繼續在身邊服侍。魯道夫於1612年去世，開普勒接受了奧地利林茨當局的雇傭，擔任數學教師和地圖編纂。在這裏，他繼續探索行星軌道之間的幾何關系。經過漫長而復雜的計算和無數次的失敗，他終於確立了行星運動第三定律(調和定律):行星繞太陽公轉周期的平方與它們橢圓軌道半長軸的立方成正比。這個結果在1619發表的《宇宙和諧》中有表述。開普勒的人生經歷是不幸的。他父親在他17歲的時候去世了。1620年，他的母親，壹個酒館老板的女兒，平時愛吵鬧，被控巫術入獄。他花了壹年多才讓她無罪釋放。開普勒26歲時，娶了壹個出身貴族的寡婦。他傲慢的妻子使他在家裏很少感到溫暖。1613前妻死後，他選擇了壹個可憐的女人作為伴侶。雖然感情很融洽，但經濟上經常陷入絕境。他的兩個妻子壹共生了12個孩子，大部分都死於貧困。作為壹個新教徒，他經常受到天主教會的迫害，他的壹些作品被教皇禁止。
經濟困難和艱苦的工作嚴重損害了開普勒的健康。即使在繁榮時期，皇帝也不滿地支付他的薪水。戰爭期間，開普勒的工資遲遲不能發放。1630幾個月沒拿到工資，只好去正在召開帝國會議的雷根斯堡。當他到達那裏時，他突然發燒。幾天後，115年6月65438+10月15日，貧病交加，享年59歲。他被埋葬在拉提斯伯裏的聖彼得教堂，他的墳墓被三十年戰爭的狂熱夷為平地，但事實證明，他的行星運動定律是壹座比任何石碑都更長久的紀念碑。