Небесна механіка — розділ астрономії, що застосовує закони механіки для вивчення руху небесних тіл. Небесна механіка займається розрахунками розташування Місяця і планет, обчисленням місця і часу затемнень, загалом, визначенням реального руху космічних тіл.

Природно, що небесна механіка в першу чергу вивчає поведінку тіл Сонячної системи — оберненням планет навколо Сонця, супутників навколо планет, руху комет та інших малих небесних тіл, від часу практичної космонавтики — також рухом космічних апаратів. Тоді як переміщення далеких зірок вдається помітити, у кращому випадку, за десятиліття і століття, рух членів Сонячної системи відбувається буквально на очах — за дні, години і навіть хвилини. Тому його вивчення стало початком сучасної небесної механіки, народженої працями Й.Кеплера (1571—1630) та І. Ньютона (1643—1727). Кеплер вперше встановив закони планетних руху, а Ньютон вивів із законів Кеплера закон всесвітнього тяжіння і використав закони руху і тяжіння для вирішення небесно-механічних проблем, не охоплених законами Кеплера. Після Ньютона прогрес в небесній механіці в основному полягав у розвитку математичної техніки для вирішення рівнянь, що виражають закони Ньютона. Таким чином, принципи небесної механіки — це «класика» в тому смислі, що й сьогодні вони такі ж, як за часів Ньютона.

Небесна механіка вивчає рух космічних тіл в їхньому спільному гравітаційному полі з урахуванням дії тиску випромінювання, опору середовища, зміни маси і інших чинників. Дослідження руху небесних об'єктів передбачає встановлення загальних закономірностей руху і визначення для довільного моменту часу положення і швидкості об'єкта, що вивчається, відносно вибраної системи координат. Спираючись на дані астрометрію, закони класичної механіки і математичні методи дослідження, небесна механіка визначає траєкторії і характеристики руху космічних тіл, значення ряду астрономічних постійних, складання ефемерід, служить теоретичною основою космонавтики.

Небесна механіка як астрономічна наука заснована на фізичних теоріях всесвітнього тяжіння. Майже всі космічні явища, що розглядаються небесною механікою, можуть пояснюватися в рамках трьох розділів механіки: кінематики, динаміки і статики. У небесній механіці, як і в класичній механіці — розділі фізики, основним завданням є визначення положення матеріальної точки при відомих початкових координатах і швидкості в будь-якій подальший момент часу. Оскільки відстані між космічними об'єктами у багато разів більше їхніх розмірів, поняття «Космічного тіла» в небесній механіці часто замінюється поняттям «Небесного тіла» — астрономічним аналогом поняття «Матеріальна точка» у фізиці.