Už za Galileiho boli známe účinky zemskej príťažlivosti na pozemské telesá i na Mesiac. Známe boli aj účinky príťažlivosti Slnka na Zem. J. Kepler predpokladal, že príťažlivá sila sa mení priamo úmerne so vzdialenosťou. Ismael Boulliau (Bulliardus, 1605-1694) vo svojom diele Astronomia Philolaica (1645) vyslovil ako prvý tézu, že príťažlivosť telies klesá so štvorcom vzdialenosti.

Otázku, akým zákonom sa riadi príťažlivosť telies, definitívne vyriešil geniálny astronóm a fyzik I. Newton. Objavil tým zákon všeobecnej gravitácie, platný pre všetky telesá vesmíru: Príťažlivá sila medzi dvoma ľubovoľnými telesami je priamo úmerná súčinu ich hmotností a nepriamo úmerná štvorcu vzdialenosti medzi ich hmotnými stredmi. Newton presne matematicky sformuloval aj základné zákony pohybu. Spojením gravitačného zákona so zákonom sily odvodil presné zákony pohybu nebeských telies. Dokázal, že z týchto zákonov vyplývajú aj Keplerove zákony pohybu nebeských telies. Dokázal, že z týchto zákonov vyplývajú aj Keplerov zákony pohybu planét. Ukázal pritom, že telesá môžu obiehať okolo Slnka nielen po elipsách, ale všeobecne po ľubovoľnej kužeľosečke (parabole, hyperbole). Tento záver použil Newton na vysvetlenie pohybu komét: dokázal, že kométy sa pohybujú po dráhach, ktoré sa len málo líšia od paraboly. Newton okrem toho dokázal, že Zem musí byť pri svojich póloch sploštená v dôsledku vlastnej gravitácie a rotácie a že práve týmto javom možno objasniť aj dávno známy efekt precesie.

Svojimi teoretickými prácami sa stal Newton zakladateľom nebeskej mechaniky. Jej základné zákony uverejnil roku 1687 vo svojom hlavnom diele Philosophiae naturalis principia mathematica; druhé latinské vydanie diela vyšlo roku 1726. Do angličtiny bol spis preložený roku 1729, do francúzštiny roku 1756. Výsledky, ktoré Newton dosiahol, ovplyvnili prinajmenej na dve storočia ďalší rozvoj astronómie a podnietili množstvo teoretických prác i objavov. Nebeská mechanika umožňovala nielen presne vypočítať dráhy nebeských telies na základe ich pozorovaného pohybu, ale aj podstatne zvýšiť presnosť teoreticky vypočítaných polôh Mesiaca, planét, komét a neskôr i ďalších telies slnečnej sústavy, a to na ľubovoľne dlhý časový úsek vopred.

O rozvoj nebeskej mechaniky sa veľmi zaslúžil vynikajúci anglický astronóm Edmund Halley (1656-1742). Ako prvý vypočítal roku 1705 Newtonovou metódou dráhy 24 komét na základe jestvujúcich, dostatočne presných pozorovaní.