開普勒在人類歷史上第一次正確解釋了行星的運(yùn)動，是天體力學(xué)的奠基者。這也是人類歷史上發(fā)現(xiàn)的第一條現(xiàn)代意義上的自然定律，符合現(xiàn)代意義上人們對自然定律的定義：普遍適用、可以驗(yàn)證，并且精確。

在其著作《天文學(xué)的光學(xué)部分》中，他在人類歷史上第一次正確解釋了小孔成像的原理;第一次正確解釋了光線在人的眼睛中經(jīng)過折射形成視覺的過程;第一次將為近視和遠(yuǎn)視患者所配眼鏡的度數(shù)公式化;第一次正確解釋了為什么用兩只眼睛看事物可以產(chǎn)生“立體知覺”（又稱“深度知覺”），從而為自己贏得了現(xiàn)代光學(xué)奠基人的稱號。

在其著作《折射光學(xué)》（“折射光學(xué)”這一術(shù)語由開普勒創(chuàng)造，并且沿用至今）中，他在人類歷史上第一次闡述了實(shí)像、虛像、正像、倒像以及放大率問題;第一次正確解釋了望遠(yuǎn)鏡是如何工作的;首次發(fā)現(xiàn)并闡述了全內(nèi)反射的現(xiàn)象和特性。

在其著作《新天文學(xué)》中，開普勒在人類歷史上第一次提出了太陽圍繞其自身的軸自轉(zhuǎn)。

除此之外，他的著作《求酒桶體積之新法》還為積分學(xué)打下了基礎(chǔ);第一次闡述了潮汐的形成是由月亮引起的（伽利略曾對此橫加指責(zé)）。

開普勒還嘗試?yán)糜捎诘厍蜍壍酪鸬暮阈且暡顏頊y量恒星與地球之間的距離，這一方法的原理和“立體知覺”的原理是一樣的。今天，這一研究的分支被稱為天體測量學(xué)。

獨(dú)立于納皮爾于公元1 6 1 4年出版的對數(shù)表之外，開普勒在人類歷史上第一次從純數(shù)學(xué)的角度演化出了對數(shù)。

在他出版的小冊子《關(guān)于木星的四顆衛(wèi)星的觀測記事》中，開普勒在人類歷史上第一次提出了“衛(wèi)星”一詞。