האסטרונום הסיציליאני ג'וזפה פיאצי מגלה את האסטרואיד הראשון, קרס, מבלי לדעת זאת כלל. הקולגות שלו העריכו שזהו כוכב הלכת שאותו הם מחפשים בין צדק ומאדים, בעקבות תחזיות שמוצאן בסוף המאה ה-16. הם היו כבולים להנחה שהם עצמם כנראה ידעו שהיא אינה מוצדקת מדעית. ולמרות זאת, זהותו השגויה של קרס נותרה ברשומות במשך חצי מאה! לימים התברר שקרס, שנקרא על שמה של האלה הפטרונית של סיציליה, הוא בכלל אסטרואיד אחד מני רבים בחגורת האסטרואידים. אבל צחוק הגורל: ב-2006, לאחר שפלוטו הוגדר מחדש ככוכב לכת ננסי, גם קרס הוגדר ככזה.

הכומר הגיאולוג האנגלי ג׳ון מישל מעלה לראשונה את הרעיון כי ייתכן גוף שמסתו כה גדולה שאפילו אור אינו יכול להימלט ממנו – רעיון המבשר את החור השחור. הרעיון התאפשר על בסיס התיאוריה הניוטונית של כבידה. מהירות האור היתה ידועה בקירוב בתקופה זו, וכך גם המושג מהירות מילוט. אך מישל לא דמיין חור שחור כפי שאנו מבינים אותו כיום אלא גוף שהרדיוס שלו גדול פי 500 מהשמש, עם צפיפות דומה. 13 שנה לאחר מכן הציע המתמטיקאי הצרפתי פייר סימון הונורה דה-לפלס רעיון דומה, כנראה מבלי שהכיר את הצעתו של מישל.

המוזיקאי והאסטרונום האנגלי ויליאם הרשל מגלה את אורנוס, כוכב הלכת הראשון שלא היה מוכר לקדמונים. למעשה, אורנוס נצפה כמה וכמה פעמים בעשורים שקדמו לתגלית, אך פעם אחר פעם הוא הוגדר ככוכב. כשהרשל זיהה לראשונה את אורנוס הוא גם טעה בסיווג, והגדירו כשביט. הרשל כתב לנביל מסקלני, שתיקן את טעותו, אך גם כשאסטרונומים נוספים הצטרפו להערכה שמדובר בכוכב לכת, הוא המשיך והתעקש להציג את תגליתו כשביט. רק לאחר שהאסטרונום הרוסי אנדרס ג׳והן לקסל חישב את מסלולו של הגוף השמימי, התקבלה הכרעה ודאית באשר לזהותו, ולבסוף גם מגלה כוכב הלכת השתכנע.

גרמי השמיים העיקריים שעניינו את צייד השביטים הצרפתי שארל מסייה, היו (ניחשתם...) שביטים. מה שתסכל אותו היו כל שאר העצמים בשמי הלילה שהפריעו לו בחיפושיו. הפיתרון שהוא מצא: להכין רשימה שלהם. התוצאה: קטלוג שמיפה 45 ערפיליות וצבירי כוכבים, והפך לאבן דרך באסטרונומיה תצפיתית. הקטלוג קיבל חיים משל עצמו כאשר אסטרונומים נוספים המשיכו לעדכנו וכיום הוא כולל 110 עצמים והינו מוכר לכל חובב אסטרונומיה.

המדען האנגלי אייזיק ניוטון מפרסם את ספרו המהפכני "פרינקיפיה מתמטיקיה״ – ובעברית, ״עקרונות מתמטיים של פילוסופיית הטבע" – מהיצירות המדעיות החשובות ביותר בהיסטוריה האנושית. הספר על שלושת כרכיו כולל את חוקי התנועה והכבידה של ניוטון. הוא מציג את תנועות כל העצמים ביקום ככפופות לחוקי טבע אוניברסליים, הרמוניים ורציונליים. פרדיגמת המכניקה הקלאסית שאותה ייסד שלטה בעולם הפיזיקה במשך מאות שנים ועיצבה את עולמנו הפיזי והמדעי המודרני. בכך השלים ניוטון את המהפכה הקופרניקאית שהסיטה את כדור-הארץ ממרכז העולם.

האסטרונום האנגלי אדמונד היילי מזהה לראשונה שביט מחזורי. מאז אריסטו ההנחה הרווחת היתה ששביטים הם הפרעות אטמוספריות, ורק ב-1577 טיכו ברהא הפריך קביעה זאת. היילי הוכיח באמצעות חוקי ניוטון ששלושה שביטים שהופיעו במאות ה-16 וה-17 הם למעשה שביט אחד החוזר מדי 76 שנה – השביט שכיום קרוי על שמו. הוא גם חזה את שובו ב-1758 – מה שאישש לראשונה את קיומם של גופים שאינם כוכבי לכת שמקיפים את השמש. יש הטוענים שכבר בתלמוד זוהה השביט כמחזורי על ידי רבי יהושע בן חנניה: ״כוכב אחד לשבעים שנה עולה ומתעה את הספנים״.

האסטרונום הדֵני אולף רומר מספק את הנתונים לחישוב מהירות האור - בהסתמך על תזמון מדויק של ליקויים של איו, אחד מירחי צדק. כריסטיאן הויגנס השתמש בנתונים של רומר כדי להעריך שמהירות האור היא 220,000 קילומטרים בשנייה – תוצאה לא רעה בכלל בהתחשב בתקופה ובתנאים (מהירות האור היא כ-300,000 קילומטרים בשנייה). התיאוריה של רומר נחשבה שנויה במחלוקת, והוא מעולם לא הצליח לשכנע את קאסיני, מנהל מצפה הכוכבים המלכותי בפריז, שם עבד. רק שני עשורים לאחר מותו זכו ממצאיו לאישוש ולתמיכה נרחבת.

הטלסקופים הראשונים פתחו עולם חדש בפני האסטרונומים והציתו את הדמיון. ב- 1609 המתמטיקאי האנגלי תומס הריוט מפנה את הטלסקופ שלו לירח ומגלה עולם חדש שניתן למפות. שנה לאחר מכן, הוא כבר צופה בכתמי שמש. הריוט הקדים את גלילאו גליליי במספר חודשים במיפוי הירח, זאת למרות שהוא לא ממש הבין מהם הכתמים על פני הירח שהוא העתיק לדף הנייר, ולא ידע לומר שאלה מכתשים.

בתום עשר שנות מעקב אחר תנועת מאדים, האסטרונום הגרמני יוהאן קֶפְּלֵר מפרסם את ספרו "אסטרונומיה חדשה״, הנודע כאחד ההישגים החשובים ביותר של המהפכה המדעית. הספר, שיצא לאור בפראג, כלל את שני החוקים הראשונים של קפלר, לפיהם כוכבי הלכת נעים במסלול אליפטי – ולא מעגלי – כשהשמש נמצא באחד ממוקדי האליפסה; ושמהירות כוכבי הלכת גדלה ככל שהם מתקרבים לשמש, כך שהקו המחבר בינם לבין השמש מכסה שטחים שווים במרווחי זמן שווים. ניוטון בנה על עבודה זו והראה שחוקי קפלר נובעים מחוקי התנועה והכבידה שלו.

האסטרונום הגרמני יוהאן בָּאיֵיר מפרסם את אטלס הכוכבים הנודע אורנומטריה (Uranometria) – שלראשונה מקיף את כל השמיים. האטלס הסתמך על קטלוג הכוכבים של טיכו ברהה עבור שמי הצפון, אך גם כלל לראשונה 12 קבוצות כוכבים מחצי כדור-הארץ הדרומי. לכן נחשב אטלס הכוכבים של באייר האטלס המקיף ביותר עד אותה העת, עם כ-1,200 כוכבים. הספר המקורי עשוי לוחות נחושת שעליהן נחרתו קבוצות הכוכבים. עד היום נקראים אטלסים רבים על שם ספר זה, אורנומטריה.

מהמהפיכה הקופרניקאית שהחלה ב- 1543, נבטו רעיונות קשים לעיכול. איך אפשר היה לדמיין אז את טענתו של האסטרונום האיטלקי ג'יורדנו ברונו ב- 1584, שהיקום אינסופי ושאין בו מרכז כלל? ברונו אף טען כי כוכבי השמיים הם שמשות עם כוכבי לכת משל עצמן, מה שאומר שעשויים להיות קיימים עולמות נוספים רבים מספור. ב- 1600 הוא הוצא להורג בשריפה על ידי האינקוויזיציה, כשלשונו ממוסמרת ללסתו ושקית אבק שריפה לראשו.

שישה כרכי ספר בשם יבשושי - "על מסלולם של גרמי השמים" - הולידו מהפיכה מחשבתית שזיעזעה את העולם המערבי. ליבה של המהפיכה היא התורה ההליוצנטרית: האסטרונום הפולני ניקולאוס קוֹפֶּרְנִיקוּס טוען שלא רק שהאדם וכדו"א אינם מרכז היקום, אלא שגם כוכבי הלכת סובבים סביב השמש. מדענים לא העזו לאמץ אותה בפרהסייה, כיוון שפחדו מהכנסיה. האגדה מספרת כי העותק הראשון של ספרו המכונן של קופרניקוס הגיע לידיו ממש ביום מותו וכי התעורר לרגע קט, הביט בספר ומת בשלווה.