天体运行的理论基础是万有引力定律。

　　牛顿从对天体运动规律的分析中发现：太阳对行星的引力、行星对卫星的引力以及地球对地面上物体的引力，都是性质相同的力，都遵循着普遍的万有引力定律。用这个定律来说明宇宙物体之间的相互吸引，从动力学的角度揭示了天体运动的本质。

　　万有引力是向心力，这种作用力不是通过两物体的直接接触发生的，而是由于作用物体所产生的场的存在而引起的。地球或太阳引力对物体的作用所能达到的那部分空间，就是向心力场。

　　根据万有引力定律，地球的引力随着高度的增加而越来越小，引力与物体到地心的距离的平方成反比。在近地空间范围内，把一个物体静静地放在高空，在地球引力作用下，它最后还是要掉到地面上来的。为使物体不致从空中掉下来，必须挣脱地球对它的引力，给这个物体施加一个同地球引力相反的力。

　　对于存在万有引力这一科学结论，人们自然地会问：既然地球吸引着月球，太阳吸引着地球和各个行星，为什么月球不落向地球，地球和各个行星也没有被吸引到太阳上去呢？牛顿是这样回答这个问题的：这完全是由于月球环绕地球，地球和各行星环绕太阳以很大的速度运转的缘故。1687年，牛顿在他的《自然哲学的数学原理》一书中，提出了物理依靠惯性环绕地球运行的思想，这实际上，也是关于人造地球卫星的设想。他写道：“如果我们想一想抛射体的运动，就可以很容易地理解到为什么行星可以保持在某种轨道上：因为一个射出的石子是由它本身重量的压力而逼得离开直线轨迹……，并在空中描出一个曲线，经过这条弯曲的路线最后落到地上；而且，射出的速度愈快，它在落地前就射出愈远。所以，我们可以设想它的速度增加得非常之快，以致非要经过好多里的一段弧线才会落到地上，而且最后还会超出地球的界限，从地球边上就掠过去了。”

　　这就是说，从某一高度沿水平方向抛出一个物体，在地球引力作用下，这个物体必然要落到地面上，抛出的速度越大，物体运动的路径就越长，落点就越远；如果不考虑空气阻力，当抛出速度增大到某种程度的时候，物体就要环绕地球一周，回到原抛射点，又因为物体回到抛射点时，速度并没有减小，所以，它又沿着这条轨道作惯性的圆周运动，这样它就成了人造地球卫星了。