天體運行的理論基礎是萬有引力定律。

　　牛頓從對天體運動規律的分析中發現：太陽對行星的引力、行星對衛星的引力以及地球對地面上物體的引力，都是性質相同的力，都遵循著普遍的萬有引力定律。用這個定律來說明宇宙物體之間的相互吸引，從動力學的角度揭示了天體運動的本質。

　　萬有引力是向心力，這種作用力不是通過兩物體的直接接觸發生的，而是由于作用物體所產生的場的存在而引起的。地球或太陽引力對物體的作用所能達到的那部分空間，就是向心力場。

　　根據萬有引力定律，地球的引力隨著高度的增加而越來越小，引力與物體到地心的距離的平方成反比。在近地空間范圍內，把一個物體靜靜地放在高空，在地球引力作用下，它最后還是要掉到地面上來的。為使物體不致從空中掉下來，必須掙脫地球對它的引力，給這個物體施加一個同地球引力相反的力。

　　對于存在萬有引力這一科學結論，人們自然地會問：既然地球吸引著月球，太陽吸引著地球和各個行星，為什么月球不落向地球，地球和各個行星也沒有被吸引到太陽上去呢？牛頓是這樣回答這個問題的：這完全是由于月球環繞地球，地球和各行星環繞太陽以很大的速度運轉的緣故。1687年，牛頓在他的《自然哲學的數學原理》一書中，提出了物理依靠慣性環繞地球運行的思想，這實際上，也是關于人造地球衛星的設想。他寫道：“如果我們想一想拋射體的運動，就可以很容易地理解到為什么行星可以保持在某種軌道上：因為一個射出的石子是由它本身重量的壓力而逼得離開直線軌跡……，并在空中描出一個曲線，經過這條彎曲的路線最后落到地上；而且，射出的速度愈快，它在落地前就射出愈遠。所以，我們可以設想它的速度增加得非常之快，以致非要經過好多里的一段弧線才會落到地上，而且最后還會超出地球的界限，從地球邊上就掠過去了。”

　　這就是說，從某一高度沿水平方向拋出一個物體，在地球引力作用下，這個物體必然要落到地面上，拋出的速度越大，物體運動的路徑就越長，落點就越遠；如果不考慮空氣阻力，當拋出速度增大到某種程度的時候，物體就要環繞地球一周，回到原拋射點，又因為物體回到拋射點時，速度并沒有減小，所以，它又沿著這條軌道作慣性的圓周運動，這樣它就成了人造地球衛星了。