Будучи последовательным пифагорейцем, И. Кеплер попытался создать оригинальную концепцию единого Космоса, в основе которого лежит гармония, выводимая при помощи сложных расчетов из музыкальных ритмов, присущих отдельным планетам. Установление законов мировой гармонии требовало устранения расхождений между математическими расчетами по системе Коперника, которой придерживался сам Кеплер, и астрономическими наблюдениями. Для пифагорейца Кеплера это требование было вполне справедливым – законы движения планет обязаны подчиняться гармонии числа и расчета, и наоборот. Именно на этом пути Кеплера ждало открытие, навсегда связанное с его именем и ставшее, наверное, главным шагом на пути к формулировке законов ньютоновской механики. Используя обширные данные о движении планет (прежде всего Марса), собранные Тихо Браге, Кеплер пришел к выводу, что орбиты их движения никак не могут представлять собой правильные окружности, хотя и очень близки к таковым. Точнее говоря, расстояние от орбиты планеты до ее центра не может сохраняться одним и тем же. Орбита, таким образом, имеет не один центр, а два, то есть представляет собой классический эллипс. Сама же планета то приближается к одному из центров, то удаляется от него. В одном из таких центров эллипса должно находиться Солнце (в случае с планетами) или планета (если описывается движение спутников).
Ученый сделал ряд теоретических и эмпирических выводов из своего открытия, обобщенных сегодня под общим названием законов Кеплера. Однако Кеплер не ставил себе задачу объяснить причину такого движения планет. Эта задача будет решаться в рамках становления первой завершенной научной теории Нового времени и формирующейся на ее основании новой естественнонаучной картины мира.