由於遠洋航行的需要，18～19世紀的天體力學致力於研究受到其他天體攝動的大行星和月球的運動，以求獲得一份精確的曆表。1748 年和 1752 年，歐拉在研究木星和土星的相互攝動中，首創任意常數變易法，後來拉格朗日發展了歐拉的方法，導出描述軌道要素變化的拉格朗日方程。
1799～1825年，拉普拉斯出版《天體力學》，全麵總結了18世紀的工作，提出了完整的大行星運動理論和月球運動理論。後來經過泊鬆、勒威耶、漢森等人的努力，到19世紀下半葉，紐康建立了除木星和土星以外所有6個行星的運動理論，希爾建立了木星和土星的運動理論。他們的工作至今仍是編算天文年曆的依據。
海王星早在 17 世紀，荷蘭學者惠更斯就觀察到了火星極冠。1761 年，俄國羅蒙諾索夫根據金星淩日的觀測，做出了金星表麵有大氣存在的正確結論。這一時期對大行星的研究還隻限於做表麵細節的觀測，不斷有人描繪火星表麵圖，1877年以後由意大利斯基帕雷利繪製的火星表麵圖較為有名，火星上有“運河”的設想便是他提出來的。
18～19世紀的天文學最偉大的成就之一是海王星的發現。1781年，赫歇耳偶然發現了天王星，此後40年中它的計算位置與實際觀測始終不符，人們設想這是一顆未知行星對天王星攝動的結果。1844～1846年，亞當斯和勒威耶各自進行了計算，伽勒根據勒威耶的推算，在1846年9月發現了海王星。
1772 年，德國波得宣布了反映行星距離規律的提丟斯-波得定則，天王星的發現也證明這條定則是正確的，因此人們開始注意並努力在這條定則所指出的木星和火星之間的空隙尋找未知天體。1801年，意大利皮亞齊發現了第一顆小行星——穀神星。高斯的計算表明，它的軌道正在木星和火星之間。第二年德國奧伯斯又發現了一顆小行星——智神星。1804 和1807年又分別發現一顆小行星。這些行星們之所以被稱為小行星，是因為它們的體積都很小，它們同太陽的距離都與穀神星相似。後來，奧伯斯提出第一個小行星起源的假說，認為小行星是一顆大行星崩潰後的碎片，這個假說具有一定的正確性。此後發現的小行星逐年增加，到1876年已達172顆。
1877年，美國柯克伍德指出，由於受到木星強大的攝動，小行星空間分布區域中出現了空隙。在空隙區域裏，小行星周期和木星周期成簡單比例，這個發現在天體動力學的演化研究上有十分重大意義。
1758 年底，哈雷彗星回歸，哈雷於 1705 年所做的預言得到證實。此後，彗星成為天文學研究的重要對象。1811年，奧伯斯提出，彗星是由微小質點所組成的，被一種帶電的斥力將它們拋向同太陽相反的方向。1877年，俄國勃列基興按斥力和太陽引力之比將彗尾分為三種類型，由此開始了近代彗星結構理論的研究。
哈雷彗星太陽黑子觀測是在天體物理學誕生以前太陽研究中最重要的一項觀測。1826～1843年，德國施瓦貝根據長達17年的觀測，得出黑子有10～11年的周期變化。1849年，瑞士的沃爾夫追溯了到伽利略的觀測，提出用統計方法研究黑子的消長規律，並定出標誌太陽活動的指數，即沃爾夫黑子相對數。他們二人的觀點至今仍為天文學界廣泛使用。
1718年，哈雷把觀測到的恒星所處的位置同喜帕恰斯、托勒密的觀測結果相比較，發現天狼、參宿四、大角等星的位置有所變化，由此發現了恒星的自行。1748年，布拉得雷提出，恒星自行可能是太陽運動和恒星運動的綜合結果。1783年，赫歇耳通過對7顆星的自行的分析，得知太陽在向武仙座方向運動，此後又通過對 27 顆恒星的分析，求出運動向點。1837年，德國阿格蘭德爾分析了390顆星的自行，證實了赫歇耳的結論。
基爾霍夫1814年，德國的夫琅和費製成第一架分光鏡，用分光鏡來觀測太陽，發現了太陽的光譜線。
1859年，德國基爾霍夫和本生合作研究光譜，發表了分光學上的基本定律——基爾霍夫定律，從此天體物理學迅速發展起來，不久前發明和發展起來的光度學、照相術也為天體物理學的發展提供了重要手段。
1859年，基爾霍夫指出，太陽光譜裏的黑線是因光球發出的連續光譜被太陽大氣吸收而造成的。他把這些譜線和實驗室裏各種元素的光譜加以比較，認證出太陽上有許多地球上常見的元素，如鈉、鐵、鈣、鎳等。這些元素的發現說明太陽大氣的溫度很高，而光球的溫度還要高得多。