Le leggi di Keplero sono tre equazioni che governano il moto dei corpi astronomici. Le leggi di Keplero furono scoperte per la prima volta dall’astronomo del XVII secolo Johannes Kepler durante l’analisi dei dati raccolti da Tycho Brahe. Le leggi di Keplero sono un’estensione della precedente teoria eliocentrica di Copernico e alla fine hanno aperto la strada alla teoria completa di Isaac Newton sull’interazione dei corpi. Le equazioni di gravità e moto di Newton possono essere usate per derivare le leggi di Keplero, se si assume che ci siano solo due corpi, uno dei quali è fisso e uno dei quali è in orbita a una velocità inferiore a quella di fuga. Sebbene le leggi di Keplero siano state originariamente sviluppate per spiegare i moti planetari, si applicano a qualsiasi corpo che sia in orbita attorno a un corpo molto più massiccio.
La prima delle leggi di Keplero afferma che un pianeta, o qualsiasi altro oggetto in orbita attorno al Sole, segue un percorso ellittico con il Sole in un fuoco. La forma di queste ellissi dipende dalla massa del Sole, dalla posizione del pianeta e dalla velocità del pianeta. Un insieme di sei numeri, chiamati elementi kepleriani, può essere usato per specificare il percorso esatto che un pianeta traccia.
La seconda delle leggi di Keplero dice che un pianeta in orbita traccia aree uguali in tempi uguali. Se tracci una linea dal pianeta al Sole e sommi l’area che la linea percorre durante un dato intervallo di tempo, è sempre costante. Questa legge è una conseguenza della conservazione del momento angolare; se il pianeta si muove più velocemente, deve anche essere più vicino al Sole. L’aumento dell’area coperta dal moto angolare maggiore, e la diminuzione dell’area coperta dalla distanza minore, devono esattamente annullarsi a vicenda.
La terza legge afferma che il quadrato del periodo dell’orbita deve essere direttamente proporzionale al cubo del semiasse maggiore dell’orbita. Il semiasse maggiore è la metà della distanza totale tra il perielio, o l’approccio più vicino al Sole, e l’afelio, o la distanza più lontana dal Sole. Un pianeta molto lontano dal Sole, come Nettuno, ha un’orbita molto più ampia; si muove anche più lentamente, impiegando più tempo per coprire la stessa distanza di un pianeta come Mercurio. L’esatta relazione tra periodo orbitale, semiasse maggiore, massa e costante gravitazionale fu successivamente elaborata da Isaac Newton.