开普勒三大定律是通过对大量的天文观测结果进行归纳后，对当时的哥白尼日心说进行修正而产生的，可以说完全是一个天文学的研究成果。开普勒三定律对于牛顿力学理论体系的建立起到了决定性的作用，而牛顿力学是当时自然科学的第一个完整的理论体系。
爱因斯坦通过著名的电梯假想实验，明确提出了万有引力定律中的引力质量和牛顿第二定律中的惯性质量的等效性，也就是著名的等效原理，而这是广义相对论的基石。牛顿的引力理论建立在平直的欧几里得空间，而爱因斯坦在利用等效原理找到了局部惯性系之后，使用相对论原理并且加上当时已经成功发展的描述弯曲时空的非欧几何（黎曼几何），建立了广义相对论理论。使用广义相对论能够精确地解释水星近日点的进动，所以广义相对论的第一次验证就是通过天文观测进行的。广义相对论的一个重要预言就是引力场中的光线偏折，而这个预言第一次得到验证就是通过日全食的观测，这个观测确立了广义相对论的正确性。
1666年，牛顿把通过玻璃棱镜的太阳光分解成了从红光到紫光的各种颜色的光谱，而这就是物理光学的基础。在1814年～1815年之间，天文学家夫琅和费在太阳光谱中发现了很多谱线。1885年，天文学家巴耳末发现了符合已知氢原子谱线位置的经验公式。随后对原子光谱的进一步观测又发现了更多的谱线序列和经验公式。1913年，为了解释氢原子谱线位置的经验公式，玻尔建立了原子光谱的量子模型，成功解释了原子谱线的经验公式，奠定了原子物理的基础，量子力学也从此诞生。波尔作为量子力学的奠基人，于1922年获得了诺贝尔物理学奖。
因此天文学的观测研究对于建立牛顿力学、验证广义相对论和奠基量子力学的实验基础都功不可没，也可以说天文学研究奠基了包含牛顿力学的广义相对论和量子力学这两个现代自然科学的最重要的理论体系。
TIPS
实际上，牛顿引力理论体系中隐含了等效原理的假设。等效原理之所以对于广义相对论极为重要，是因为只有在惯性坐标系里面狭义相对论才能成立，而在引力场中建立惯性坐标系就需要等效原理。伽利略的斜坡实验实际上是第一个检验等效原理的实验，当然当时的测量精度是比较低的。而爱因斯坦则通过电梯假想实验提出等效原理是精确成立的。目前最精确的实验结果仍然没有和等效原理矛盾。
