Nella seconda metà del Seicento, pur tra mille difficoltà, il modello eliocentrico si andò sostituendo al modello geocentrico. La concezione copernicana offre una più accettabile visione fisica ed abolisce il privilegio di centralità conferito alla Terra. Discriminare tra le due concezioni, quella geocentrica e quella eliocentrica, poté essere fatto solo compiendo accurate osservazioni delle posizioni dei pianeti, del Sole e della Luna ed elaborando i risultati con animo scevro da pregiudizi; anche a costo di rivedere dalle fondamenta le idee correnti sulla fisica.
In questo programma di lavoro spiccano i nomi di Johannes Kepler (1571-1630), Galileo Galilei (1564-1642) ed Isaac Newton (1642-1727). Scrive Thomas Kuhn ne La Rivoluzione Copernicana, che "il De Revolutionibus di Copernico costituì la miccia di una rivoluzione che esso aveva a mala pena delineato. È un testo che provoca una rivoluzione più che un testo rivoluzionario".
I primi ed importanti contributi verso una nuova definizione del Sistema del Mondo vennero da Keplero, che poté utilizzare osservazioni di Marte molto precise realizzate dal suo maestro Tycho Brahe (1546-1601). Dopo vari tentativi, attuati nel corso di dieci anni di lavoro, Keplero pervenne in modo empirico alla formulazione delle tre leggi che portano il suo nome:
Ia legge: i pianeti descrivono intorno al Sole delle orbite ellittiche, di cui il Sole occupa uno dei fuochi;
IIa legge: le aree descritte dal raggio vettore di ciascun pianeta sono proporzionali ai tempi impiegati a descriverle; ossia, il raggio vettore di un pianeta descrive aree uguali in tempi uguali;
IIIa legge: i quadrati dei tempi di rivoluzione dei pianeti intorno al Sole sono proporzionali ai cubi dei semiassi maggiori delle rispettive orbite.