Kepler, Brahe’nin notları üzerinde yaptığı incelemelerinin sonunda Brahe ve Kopernik’in o zamana dek göremedikleri bir sorunu keşfetti. Gezegenlerin güneşin çevresindeki yörüngesi, sanıldığının aksine daire şeklinde değil, elips şeklindeydi. Bilim dünyasında çığır açan bu kuramını, 1609’da 38 yaşındayken yayınladığı ‘Yeni Gökbilim’ (Astronomia Nova) adlı büyük eseriyle bilim dünyasına duyurdu. Dönemin bir diğer önemli bilim adamı Galileo, 17. yüzyıl başlarında teleskopu keşfetti. Aynı alanda çalıştığı bilim adamının bu icadını inceleyen Kepler, teleskopun çalışma prensiplerini anlatan bir eser kaleme aldı ve 1610 yılında bu kitabı yayınlayarak Galileo’ya gönderdi. Ancak Galileo, bu çalışmayı önemsemedi. Bunun üzerine Kepler, “Eserimi çağdaşlarımdan veya gelecek kuşaklardan kimler okuyacak umurumda değil. Tanrı nasıl bunların öğrenilmesi için altı bin yıl beklemişse, eserim de okunmak için yüz yıl bekleyebilir.” açıklamasını yapacaktı. Hemen akabinde teleskop üzerine çalışmalarına başlayan Kepler, bilim dünyasına bırakacağı bir diğer önemli mirası, Kepler Teleskopu’nu geliştirdi. 2 yakınsak mercekten oluşan bu teleskopun büyütme oranı, Galileo’nunkinden daha yüksekti. Bu icadını 1611’de yayınladı ‘Kırılma’ (Dioptrice) adlı kitabıyla bilim dünyasıyla paylaştı. Optik ve teleskoplar üzerine yazdığı Dioptrice ve Ad Vitellionem adlı eserleriyle, bu fizik dalının kurucusu olarak da kabul edilen Kepler, Kutsal Roma İmparatorluğu’ndaki iktidar çekişmelerinden de etkilendi. II. Rudolf’un tahtı bırakmaya zorlanması üzerine 1611’de Kraliyet Matematikçiliği görevinden ve Prag’dan ayrıldı. Her ne kadar Rudolf’un yerine geçen kardeşi, imparator olduktan sonra görevine devam etmesini istese de, bunu kabul etmeyerek Linz’e yerleşti. Burada yaşadığı on dört sene boyunca çalışmalarını aksatmadan sürdüren Kepler, 1619’da ‘Dünya’nın Uyumu’ (Harmonice Mundi) ve ‘Kopernik Astronomisinin Özeti’ (Epitome Astronomiae Copernicanae) adlı kitaplarını yayınladı. Dünyanın Uyumu’nda Kepler Yasaları’ndan üçüncüsü olan “Gezegenlerin Güneş’e olan ortalama uzaklıklarının üçüncü kuvveti, yörüngedi dolanma sürelerinin karesiyle orantılıdır.” kuramını ortaya koyuyordu. 1626’da ‘Rudolf Cetvelleri’ (Tabulae Rudolphinae) adlı eserini tamamladı; ancak aynı yıl içerisinde, Katolik olmaya ve ağır vergiler vermeye zorlanan köylülerin, ayaklanarak kenti kuşatmaları ve kentin bir bölümünü ateşe vermeleri yüzünden kitabını bastıramadan Linz’den ayrıldı. Kitabını 1627’de Ulm’da bastırabilecekti. Kepler, Rudolf Cetvelleri’nde Brahe’nin o güne kadar tespit ettiği ve incelediği 777 yıldızın üstüne 228 yıldız daha ekledi. Bu yıldızlardan bazılarının konumlarını birkaç derecelik açı kaymasıyla tespit etmeyi başarmıştı. Kepler, bu yüzden o dönemin ve dahi sonraki yüzyılın en geniş ve doğru içerikli eseri olan bu kitabında, ışığın atmosferde kırıldığı gerçeği göz önünde bulundurularak hesap yapılması gerektiğini savunuyordu. Bu gerçeği kullanarak yeni hesaplamalar yaptığı ve bu açıdan ilk katalog eser olma özelliğini de barındıran bu kitapta, logaritma cetvellerini de kullanmıştı. Avrupa’yı kasıp kavuran 1618 ile 1648 yılları arasındaki Otuz Yıl Savaşları, bilimi de kötü etkiledi. Bu savaşlarda komutanlık yapmakta olan Friedland ile Zagan Dükü Albracht Von Wallenstein, 1628 yılında Kepler’i Zagan’a yerleşmeye davet etti. Daveti kabul eden Kepler, burada kendine ait bir basımevi kurdu. Ancak Zagan dükü Wallenstein’ın 1630’da imparator tarafından görevinden alınmasının ardından ailesini burada bırakarak Regensburg’a gitti. Burada kendisine 12 bin Florin borcu olan imparatorla görüşmeyi beklerken, geçirdiği ateşli bir hastalık sonucu, 15 Kasım 1630’da öldü. Son çalışması; bilim kurgu türünün ilk örneklerinden sayılan ve Ay’a hayali bir yolculuğu anlattığı kitabı ‘Düş’ (Somnium) adlı romanı, ancak ölümünden sonra, 1634 yılında ailesi tarafından yayınlandı.