天體力學是天文學的一個分支，涉及天體的運動和萬有引力的作用，是應用物理學，特別是牛頓力學，研究天體的力學運動和形狀。研究對象是太陽系內天體與成員不多的恆星系統。以牛頓、拉格朗日與航海事業發達開始，伴着理論研究的成熟而走向完善的。天體力學可分六個範疇：攝動理論、數值方法、定性理論、天文動力學、天體形狀與自轉理論、多體問題（其內有二體問題）等。天體力學也用於編制天體曆，而1846年以攝動理論發現海王星也是代表着天體力學發展的標誌之一。天體力學的卓越成就是發展出天體動力學，研究和發展出各式人造衞星的軌道。雖然現代的天體力學分析起源於400年前的艾薩克•牛頓，但是對天體位置的研究和預測可以追溯到3000年前。