엄밀하게 말하자면, 궤도란 한 천체가 다른 천체가 미치는 중력의 영향으로 그 천체 주위를 돌면서 그리는 곡선-일반적으로 타원 형태-경로를 말한다. 보통 궤도운동을 생각하면 지구가 태양 주위를 돈다던지, 혹은 태양계가 우리은하 주위를 돈다던지 등 큰 규모를 떠올리기 쉽다. 그러나 궤도운동은 아원자 수준에서도 일어나는데 이를 테면 원자핵 주위를 도는 전자의 운동이 한 예가 된다.

인류는 오랜 기간 동안 태양 및 태양계 내 다른 행성들이 지구 주위를 돈다고 생각했다. 이는 일반적인 지구의 관측자 입장에서 보았을 때는 그럴 듯해 보이지만, 근본적으로는 옳지 않은 생각이다. 천동설에 이의를 제기한 근대의 많은 학자들 중 최초는 15세기 미콜라이 코페르닉(Mikolaj Kopernk)이라 불리던 폴란드의 의사로, 니콜라우스 코페르니쿠스라는 라틴어 이름으로 더 잘 알려져 있다.

코페르니쿠스는 지구가 자전축을 기준으로 하루에 한 번 자전하면서, 일 년을 주기로 태양 주위를 공전하고 있다고 주장했다. 이를 담은 출판물 《천구의 회전에 대하여(De Revolutionibus Orbium Coelesctium)》는 획기적인 것이었으나 불행히도 몇 가지 오류를 포함하고 있었다.

코페르니쿠스가 범한 오류 중 하나는 천체가 원형 궤도를 그린다고 가정했던 것이었다. 다시 말해 코페르니쿠스의 모든 계산이 기초하는 가정 자체에 오류가 있었던 셈이다. 이후 독일 태생의 천문학자 케플러가 이를 바로 잡았다.

코페르니쿠스와 마찬가지로, 케플러 또한 지동설의 강력한 지지자였다. 그러나 케플러는 행성들의 궤도가 원형이 아니라 타원형이라고 생각했다. 1609년 발간한 《신 천문학》은 행성들이 태양계 주위를 타원형의 궤도로 공전하고 있음을 주장했으며 태양과 행성을 잇는 선은 같은 시간 간격 동안 같은 면적을 휩쓸고 지나간다는 사실도 알아냈다.^각주1) 케플러의 이와 같은 주장은 오늘날 케플러의 제1법칙과 제2법칙으로 알려져 있다.

케플러의 제3법칙은 1619년 발간한 《우주의 신비》라는 책에 나와 있다. 조화의 법칙이라고 불리는 케플러의 제3법칙은 태양과 행성 간의 거리와 행성 공전속도 사이에 특별한 관계가 있음을 밝혀주었다. 이 법칙에 따르면 행성은 태양으로부터 거리가 멀수록 공전주기가 길어지므로 공전속도가 느려진다.