日心说的发展到十七世纪达到顶峰，牛顿把力学概念应用于行星运动的研究上，发现和验证了万有引力定律和力学定律，并创立了天文学的一个新的分支——天体力学。天体力学的诞生，使天文学从单纯的描述天体的几何关系，进入到研究天体之间相互作用的阶段。

在牛顿以后的二百年中，天体力学的发展给应用数学以有力的推动。从微积分到现在的数学物理方法，已成为现代科学中必不可少的工具。

天体之间的引力作用虽然说明了许多天文现象，却不足以阐明天体的本质。十九世纪中叶以来，物理学的重大发展把天文学推进到一个新的阶段。以测量天体亮度和分析天体光谱为起点的天体物理学称为天文学的一个新的生长点。

十九世纪末到二十世纪初，量子理论、相对论、原子核物理和高能物理的创立，给了天文学以新的理论工具。研究天体的化学组成、物理性质、运动状态和演化规律，是人类对天体的认识深入到问题的本质。天体物理学使天文学家们可以有根有据地谈论天体的演化。天体物理学的诞生标志着现代天文学的起点。天文观测也在这时进入到一个新的阶段。

回顾十七世纪以前，人们在漫长的年代里只是靠肉眼来观测天象，能看到的星星不过六、器千克。十七世纪，伽利略首创的天文望远镜，使人类的眼界突然大大开阔。随着光学技术的发展，望远镜的口径越来越大，人类的视野从我们周围的太阳系，扩大到银河系，又扩大到河外星系。

目前，各种望远镜的视野里，有种类繁多、结构复杂、内容丰富的遥远而暗弱的天文对象呈现出来。二十世纪初以来，直径2米到6米的大型光学望远镜的发展，尤其是近三四十年来射电天文学和空间天文学的相继诞生，是天文观测手段不但具有空前的探测能力和精度，而且是天文学的领域扩展到整个电磁波段。十分明显，我们的时代正在经历着天文学的一次新的巨大飞跃。

观测手段的飞跃使天体物理学进入空前活跃的阶段。如果说天体物理学在它诞生之初就对物理学做出某些贡献，那么最近天文学上接连发现的新现象，可以说给物理学以一连串的冲击。像红外源、分子源、天体微波激射源的发现对恒星形成的研究提供了重要的线索；脉冲星、X射线源、γ射线源的测定，则推动了恒星演化的研究；星际分子的发现，吸引了生物学界和化学界的注意；类星体、射电星系和星系核活动等高能现象的发现，对以至的物理学规律提出了尖锐的挑战；结合各种类型星体观测资料的积累和分析，星系演化和大尺度宇宙学的观测研究也已提到日程上来。