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天体力学是天文学的一个分支，涉及天体的运动和万有引力的作用，是应用物理学，特别是牛顿力学，研究天体的力学运动和形状。研究对象是太阳系内天体与成员不多的恒星系统。以牛顿、拉格朗日与航海事业发达开始，伴着理论研究的成熟而走向完善的。
 | 此条目没有列出任何参考或来源。 (2020年10月26日) |
天体力学可分六个范畴：摄动理论、数值方法、定性理论、天文动力学、天体形状与自转理论、多体问题（其内有二体问题）等。
天体力学也用于编制天体历，而1846年以摄动理论发现海王星也是代表着天体力学发展的标志之一。天体力学的卓越成就是发展出航天动力学，研究和发展出各式人造卫星的轨道。
虽然现代的天体力学分析起源于400年前的艾萨克·牛顿，但是对天体位置的研究和预测可以追溯到3,000年前。
古代的巴比伦虽然没有力学的理论来推论天体的位置，但已经分辨得出太阳、月亮和行星不断重复的运行模式。她们将过去纪录的天体位置制成表格，当重复的现象再出现时，就能据以校准并预测行星未来的运动。
在中国，皇室的天文学家也观测天象，纪录行星和客星（可能是彗星和新星）的位置。虽然这些纪录没有被用来预测行星的运动，但这些纪录对现代天文学显然是非常有用的。
希腊的哲学家曾写下了许多的行星运动与预测，并且提出了许多机制来解释行星的运动。她们的想法主要都是以地球为中心，行星则做着均匀的圆周运动。古希腊的亚里斯塔克斯(公元前310-230年)曾提出太阳是宇宙中心的模型，并且试图测量地球和太阳的距离。
托勒密 是罗马帝国时代的天文学家，他在天文学上的著作是《天文学大成》，也是上古时代最显要的书籍之一。托勒密显然选择了希腊前辈们，特别是喜帕恰斯，最好的天文学成就，和直接或间接来自巴比伦的天文表册结合在一起。虽然托勒密的许多工作是建立在喜帕恰斯的基础上，但有一点却是他的想法，他介绍了“equant ”，并且很有效的改进了行星位置预报的准确性。虽然，他的太阳系模型不能正确的预测月球的大小(天秤动)，但是对他来说，以肉眼观测的精确度已经足够了。
开普勒在仔细的分析了第谷的行星观测资料之后，发展出了开普勒行星运动定律。开普勒是第一个塑造出高准确度行星轨道的人，在艾萨克·牛顿 发展出他的万有引力定律好几年之前，就依据观测的经验法则推导出了行星运动三定律。
艾萨克·牛顿因为提出了天体在天空中运行的原理而备受尊崇，他阐明了太阳、行星和月亮的运动，像炮弹和落下的苹果一样，都能用同一套的物理定律来描述，将天体和地球的力学整合在一起。
使用牛顿的万有引力定律，说明开普勒定律中的圆轨道是很简单的事，椭圆轨道则要加入比较复杂的计算。使用拉格朗日力学和极坐标方程，即使是抛物线或双曲线的轨道，也可以获得单一的解。这对于行星甚至彗星轨道的计算是非常有用的。到了近代，在太空船 弹道的计算上也是非常有用的。
在爱因斯坦以相对论解释了水星近日点异常的进动之后，天文家了解到牛顿力学的准确度依然不够。今天，我们不仅使用广义相对论来解释双脉冲星的轨道，也尝试用它来解释和证明重力辐射的存在。
天体的运动不需要如火箭般的施加推力，只是由彼此间的质量引发的重力加速度在掌控。在多体问题中我们做了简化，假设所有的个体都是球形对称的，并且将加速度积分以缩减总数。 例如：
- 4体问题：飞行到火星（飞行器的一或二个部分是非常小的，所以可以简化成2体或3体的问题）
- 3体问题：
- 类卫星
- 太空航行，并且停留在拉格朗日点
在这些情况下，n = 2 （二体问题），比多体问题要简单许多，而且在一般的情况下经过简化之后都能获得一个合理的数值解，也就是经常可以因简化而得到有用的近似解。 例如：
近一步的简化可以依据标准假设天文动力学。包括单一天体，轨道天体的质量远小于中心的天体，也经常可以得到近似的合理值。 例如：
无论是前二者之一，或最顶端的简化情况，我们也许假设是圆轨道，或是做距离和轨道速度的设定，并且假设动能和势能随时都是守恒的。著名的不适合的例子是高离心率的轨道：
当然，在每一个例子中，为了获得更多的准确性，被简化的项目是越少越好。
摄动理论适用于不能确切的以数学方法解决的问题，而是以近似的方法来解决。通常可以从已经有确切解的相关问题的解答开始运算。
- 研究者
- 技术人员
- 学习者
- Forest R. Moulton, Introduction to Celestial Mechanics, 1984, Dover, ISBN 0-486-64687-4
- John E.Prussing, Bruce A.Conway, Orbital Mechanics, 1993, Oxford Univ.Press
- William M. Smart, Celestial Mechanics, 1961, John Wiley. (已经很难找到了，但很经典)
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