No século XVII, o físico italiano Galileu, com o aperfeiçoamento da luneta, observou diversos astros e os satélites de Júpiter. Defensor de Copérnico, justificou que a Terra não seria o centro do Universo, pois havia corpos que não orbitavam nosso planeta. A sua obra Diálogo sobre os dois principais sistemas do mundo questionou o geocentrismo, além de várias ideias aristotélicas sobre a mecânica de corpos. Por seus atos, foi condenado à prisão perpétua domiciliar, em troca de seu arrependimento e da negação de suas hipóteses. Ao final da vida, acabou cego por observar o Sol a olho nu.
O astrônomo dinamarquês Tycho Brahe (1546-1601) teve importância essencial no desenvolvimento da Astronomia do ponto de vista prático: ofereceu milhares de dados observacionais de  posição de planetas, estrelas e outros corpos celestes com uma precisão jamais vista. Construiu diversos instrumentos de observação, além de aprimorar a medição via quadrantes com o auxílio do sextante. Com suas observações de cometas, ofereceu indícios de que as chamadas esferas de cristais não eram fisicamente possíveis e o espaço não era imutável, como proposto por Aristóteles.

Discípulo de Tycho, o jovem astrônomo Johannes Kepler (1571-1630) possuía um modelo singular do Sistema Solar: aproveitando que o Sol ocupava o centro do sistema, ele poderia colocar os seis planetas conhecidos na época nas esferas; a diferença entre duas esferas era exatamente um dos poliedros de Euclides: entre Júpiter e Saturno, os mais distantes, havia um cubo, por exemplo. Essa seria uma explicação do arranjo do sistema, algo que a teoria ptolomaica ou copernicana não podia explicar. Apesar de não acreditar nessa hipótese, Tycho via em Kepler a chance de traduzir os dados experimentais em algo matemática e geometricamente plausível.

Essa explicação incomodava Newton, pois o Universo estaria fadado a se transformar num vórtice gigantesco. Além disso, o fato de a velocidade dos planetas ser variável implicaria em uma aceleração e a ela deveria estar empregada a ação de uma força, segundo o Princípio Fundamental da Dinâmica. Com isso, Newton concluiu que, entre o Sol e os planetas, deveria existir uma força atrativa chamada gravitacional. Com uma linguagem matemática mais robusta e, a partir de resultados de observações de outros cientistas estudados neste capítulo, Newton postula a Lei da Gravitação Universal:
Dois corpos materiais se atraem com forças gravitacionais cuja intensidade é diretamente proporcional a suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles.