任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比。
于是，天文学上一个崭新的分支——“天体力学”诞生了，它使天文学从单纯描述天体的几何关系进入到研究天体之间相互作用的阶段，或者说，从单纯研究天体的运动状况，进入到了研究这些运动的原因。牛顿创立的天体力学带来了天文的第一次飞跃。那个时代的牛顿真正是硕果累累：研究万有引力使他创立了科学的天文学；他进行光的分解使新型的光学得以问世；二项式定理和无限理论的建立，使数学领域别开生面；而认识力的本性又使力学研究大放光芒!牛顿无疑地是一个彪炳千秋的伟人，而这位科学伟人却十分谦逊地说：“如果我所见的比笛卡尔要远一点，那就是因为我是站在巨人的肩上的缘故”，“但真理的大海，我还是没有发现。”
天体之间的引力作用虽然解释了许多天文现象，如地球运动、潮汐现象、太阳系天体乃至星团、星系的动力学现象等等，但却不足以说明天体的本质。19世纪中叶开始，物理学上的一系列重大发现又把天文学推向了一个新的阶段：以测定天体亮度和分析天体光谱为起点的“天体物理学”成为了天文学科的一个新生长点。19世纪末到20世纪初，量子论、相对论、原子核物理学和高能物理学的创立，更给了天文学以新的理论工具。这样一来，研究天体的化学组成、物理性质、运动状态和演化规律等课题都相继展开了，人类对天体的认识逐渐深入到了问题的本质，天文学家们从此可以有根有据地谈论着天体的演化，这是天文科学的第二次飞跃，它标志着现代天文学的起点。
随着天文学的进展，天文观测的手段也在日新月异。17世纪以前，天文工作者在漫长的岁月里只是靠肉眼来观测天象，能看到的星星加起来不过六、七干颗而已。17世纪，伽利略首创了望远镜，使人类的视野豁然开朗。随着光学技术的发展，望远镜的口径愈来愈大，从直径2米直到8米—10米。这些大型光学望远镜的出现，使人们观察到了包含着数以千亿计的恒星和星云组成的银河系，数以十亿计的河外星系也呈现在我们眼前。人们惊奇地发现，天宇是如此的丰富多彩，空间是如此的广袤无边!20世纪初，两个年轻的美国人央斯基和雷伯，他们用自制的仪器捕捉到了来自天空的电磁波，成为了“射电天文学”诞生的契机，人们研制出的“射电望远镜”使天文观测的领域扩展到了整个电磁波段，除了肉眼可见的光波以外，天体发出的紫外、红外无线电波、X射线、Y射线等等，无不尽收眼底，难以预见的一些重大发现给人们一次又一次的惊喜!20世纪中叶，第一颗人造卫星升上了天空，接着是宇宙飞船、载人航天飞机上天。先进的科学使人类摆脱了地球的引力，直接置身于大气层外去探索宇宙的秘密，观测手段的飞跃进步使现代天文学进入了又一个空前活跃的阶段，它不但为天文学的本身展现了一派迷人的前景，而且对人类进一步认识自然、改造自然也必将带来不可估量的影响。