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。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天体动力学，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3000年前。