Ngược dòng thời gian, khi còn là sinh viên đại học, Kepler đã nghiên cứu về trật tự các hành tinh theo thuyết Nhật tâm (Mặt trời, không phải Trái đất, mới là trung tâm của Hệ Mặt trời) của nhà thiên văn học người Ba Lan Nicolaus Copernicus.
Năm 1600, Kepler đến Praha để làm việc dưới quyền nhà thiên văn học người Đan Mạch Tycho Brahe – vốn là nhà toán học hoàng gia của Rudolf II, Hoàng đế Đế chế La Mã Thần thánh. Công việc chính của Kepler là quan sát quỹ đạo của Sao Hỏa.
Khi Brahe qua đời một năm sau đó, Kepler tiếp quản công việc của ông, đồng thời kế thừa kho tàng dữ liệu thiên văn phong phú của Brahe, vốn đã được ông quan sát bằng mắt thường một cách tỉ mỉ.
Trong thập niên tiếp theo, Kepler tìm hiểu về công trình của nhà vật lý và thiên văn học người Italia Galileo Galilei (1564-1642), người đã phát minh ra kính viễn vọng – thứ giúp Galilei phát hiện ra các núi và miệng hố trên Mặt trăng.
Ngoài ra, Kepler cũng nhìn thấy bốn vệ tinh lớn nhất của sao Mộc và các pha của sao Kim, cùng nhiều phát hiện khác. Ông đã trao đổi thư từ với Galileo và có được một chiếc kính thiên văn của riêng mình. Sau đó Kepler bắt tay vào cải tiến thiết kế của nó.
Năm 1609, Kepler công bố hai trong ba định luật chuyển động hành tinh đầu tiên của ông, trong đó cho rằng các hành tinh chuyển động quanh Mặt trời theo hình elip và tốc độ của các hành tinh tỉ lệ thuận với khoảng cách đến Mặt trời.
Năm 1619, Kepler đưa ra định luật thứ ba, sử dụng các nguyên tắc toán học để liên hệ thời gian một hành tinh quay quanh Mặt trời với khoảng cách trung bình của hành tinh đó đến Mặt trời.
Kepler cũng cố gắng tính toán để xác định ngày hình thành vũ trụ và đưa ra một cột mốc cụ thể là ngày 27/4/4977 TCN. Dù vậy, các nghiên cứu mới nhất cho thấy rằng ông đã tính sai khoảng 13,7 tỷ năm.
Nghiên cứu của Kepler đã không được đón nhận rộng rãi khi ông còn sống, nhưng về sau các định luật của ông, được gọi là Các định luật Kepler về chuyển động thiên thể, đã trở thành nền tảng của thiên văn học hiện đại.
Ngoài thiên văn học, Kepler cũng đạt nhiều thành tựu quan trọng trong lĩnh vực quang học, bao gồm cả việc chứng minh cách mắt người hoạt động, và trong lĩnh vực toán học. Ông mất ngày 15/11/1630 tại Regensberg, Đức.
Thái Bình
(tổng hợp)