天体热学是天文学和热学之间的交叉学科，是天文学中较早产生的一个分支学科，它主要应用热学规律来研究天体的运动和形状。
天体热学往年所涉及的天体主要是太阳系内的天体，20世纪50年代之后也开始研究人造天体和一些成员不多(几个到几百个)的星体系统。天体的热学运动是指天体质量中心在空间轨道的联通和绕质量中心的转动(自转)。对日月和行星则是要确定它们的轨道，编制星历表，估算质量并按照它们的自传确定天体的形状等等。
天体热学以物理为主要研究手段，至于天体的形状，主要是依据流体或弹性体在内部引力和自转离心力作用下的平衡形状及其变化规律进行研究。天体内部和天体互相之间的万有引力是决定天体运动和形状的主要诱因，天体热学目前仍以万有引力定理为基础。
其实已发觉万有引力定理与个别观测事实有矛盾(如水星近期点进动问题)，而用爱因斯坦的广义相对论却能对那些事实做出更好的解释，但对天体热学的绝大多数课题来说，相对论效应并不显著。为此，在天体热学中只是对于个别特殊问题才须要应用广义相对论和其他引力理论。
天体热学的发展历史
远在公元前一、二千年，中国和其他文明古国就开始用太阳、月亮和大行星等天体的视运动来确定年、月和季节，为农业服务。随着观测精度的不断提升，观测资料的不断积累，人们开始研究这种天体的真运动，因而预报它们未来的位置和星象，更好地为农业、航海事业等服务。
历出现过各类太阳、月球和大行星运动的假说，但直至1543年哥白尼提出日心体系后，才有反映太阳系的真运动的模型。
开普勒依据第谷多年的行星观测资料，于1609～1619年间，提出了的行星运动三大定理，深刻地描述了行星运动，至今仍有重要作用。开普勒还提出的开普勒多项式，对行星轨道要素下了定义。由此人们就可以预报行星(以及地球)更确切的位置，因而产生了理论天文学，这是天体热学的前身。
到这时，人们对天体(指太阳、月球和大行星)的真运动还仅处于描述阶段，还难以揣测行星运动的热学缘由。
早在中世纪末期，达·芬奇就提出了不少热学概念，人们开始认识到力的作用。伽利略在热学方面做出了巨大的贡献，使动力学初具雏型，为牛顿三定理的发觉奠定了基础。
牛顿依据前人在热学、数学和天文学方面的成就，以及他自己二十多年的反复研究，在1687年出版的《自然哲学的物理原理》中提出了万有引力定理。他在书中还提出了的牛顿三大运动定理，把人们带进了动力学范畴。对天体的运动和形状的研究自此步入新的历史阶段，天体热学即将诞生。尽管牛顿未提出这个名称，仍用理论天文学表示这个领域，但牛顿实际上是天体热学的创始人。
天体热学诞生以来的近三百年历史中，按研究对象和基本研究方式的发展过程，大致可界定为三个时期：
奠基时期自天体热学成立到十九世纪后期，是天体热学的奠基过程。天体热学在这个过程中逐渐产生了自己的学科体系，称为精典天体热学。它的研究对象主要是大行星和地球，研究方式主要是精典剖析方式，也就是摄动理论。牛顿和莱布尼茨既是天体热学的奠基者，同时也是近代物理和热学的奠基者，她们共同创办的微积分学，成为天体热学的物理基础。
十八世纪，因为航海事业的发展，须要更精确的地球和亮行星的位置表理论天体物理学研究什么，于是物理家们旨在于天体运动的研究，因而成立了剖析热学，这就是天体热学的热学基础。这方面的主要奠基者有欧拉、达朗贝尔和拉格朗日等。其中，欧拉是第一个较完整的地球运动理论的创办者，拉格朗日是大行星运动理论的创始人。后来由拉普拉斯集其大成，他的五卷十六册专著《天体热学》成为精典天体热学的代表作。他在1799年出版的第一卷中，首先提出了天体热学的学科名称，并描述了这个学科的研究领域。
在这部专著中，拉普拉斯对大行星和地球的运动都提出了较完整的理论，并且对周期慧星和土星的卫星也提出了相应的运动理论。同时，他还对天体形状的理论基础──流体自转时的平衡形状理论作了详尽阐述。
后来，勒让德、泊松、雅可比和汉密尔顿等人又进一步发展了有关的理论。1846年，依据勒威耶和亚当斯的估算，发觉了海王星，这是精典天体热学的伟大成果，也是自然科学理论预见性的重要验证。随后，大行星和地球运动理论益臻健全，成为编算天文月历中各天体历表的依据。
发展时期自十九世纪后期到二十世纪五十年代，是天体热学的发展时期。在研究对象方面，降低了太阳系内大量的小天体(小行星、彗星和卫星等)；在研究方式方面，不仅继续改进剖析方式外，降低了定性方式和数值方式，但它们只作为剖析方式的补充。这段时期可以称为近代天体热学时期。彭加莱在1892～1899年出版的三卷本《天体热学的新方式》是这个时期的代表作。
其实早在1801年就发觉了第一号小行星(谷神星)，弥补了火星和土星轨道之间的缝隙。但小行星的大量发觉，是在十九世纪后半叶拍照方式被广泛应用到天文观测之后的事情。与此同时，慧星和卫星也被大量发觉。那些小天体的轨道偏心率和倾角都较大，用行星或地球的运动理论不能得到较好结果。天体热学家们探求了一些不同于精典天体热学的方式，其中德洛内、希尔和汉森等人的剖析方式，对之后的发展影响较大。
定性方式是由彭加莱和李亚普诺夫创办的，她们同时还构建了微分等式定性理论。但到二十世纪五十年代为止，这方面进展不快。
数值方式早可溯源到高斯的工作方式。十九世纪末产生的科威耳方式和亚当斯方式，至今仍为天体热学的基本数值方式，但在电子计算机出现曾经，应用不广。
新时期二十世纪五十年代之后，因为人造天体的出现和电子计算机的广泛应用，天体热学步入一个新时期。研究对象又降低了各种类型的人造天体，以及成员不多的星体系统。
在研究方式中，数值方式有迅速的发展，除了用于解决实际问题，并且还同定性方式和剖析方式结合上去，进行各类理论问题的研究。定性方式和剖析方式也有相应发展，以适应观测精度日渐提升的要求。
天体热学的研究内容
当前天体热学可分为六个次级学科：
摄动理论这是精典天体热学的主要内容，它是用剖析方式研究各种天体的受摄运动，求出它们的座标或轨道要素的近似摄动值。
近些年，因为无线电、激光等新观测技术的应用，观测精度日渐增强，观测资料数目激增。为此，原有各种天体的运动理论急需更新。其课题有两类：一类是具体天体的摄动理论，如地球的运动理论、大行星的运动理论等；另一类是共同性的问题，即各种天体的摄动理论都要解决的关键性问题或共同性的研究方式，如摄动函数的展开问题、中间轨道和变换理论等。
数值方式这是研究天体热学中运动多项式的数值解法。主要课题是研究和改进现有的各类估算方式，研究偏差的积累和传播，技巧的收敛性、稳定性和估算的程序系统等。近些年来，电子估算技术的迅速发展为数值方式开辟了辽阔的前景。六十年代末期出现的机器推论公式，是数值技巧和剖析方式的结合，现已被广泛使用。
以上两个次级学科都属于定量技巧理论天体物理学研究什么，因为存在展开式收敛性以及偏差累计的问题，现有各类方式还只能拿来研究天体在短时间内的运动状况。
定性理论也叫作定性技巧。它并不具体求出天体的轨道，而是阐述这种轨道应有的性质，这对这些用定量技巧还不能解决的天体运动和形状问题尤为重要。其中课题大致可分为三类：一类是研究天体的特殊轨道的存在性和稳定性，如周期解理论、卡姆理论等；一类是研究运动多项式奇点附近的运动特点，如碰撞问题、俘获理论等；另一类是研究运动的全局图象，如运动区域、太阳系稳定性问题等。近些年来，在定性理论中应用拓扑学较多，有些文献中把它叫作拓扑方式。
天文动力学又叫作星际航行动力学。这是天体热学和星际航行学之间的边沿学科，研究星际航行中的动力学问题。在天体热学中的课题主要是人造月球卫星，地球灰熊以及各类行星际侦测器的运动理论等。
历史天文学是借助摄动理论和数值方式构建各类天体历表，研究天文常数系统以及估算各类星象。
天体形状和自转理论是牛顿开创的次级学科，主要研究各类物态的天体在自转时的平衡形状、稳定性以及自转轴的变化规律。近些年来，借助空间侦测技术得到了月球、月球和几个大行星的形状以及引力场方面大量数据，为进一步完善这种天体的形状和自转理论提供了丰富资料。
天体热学的发展同物理、力学、地学、星际航行学，以及天文学的其他分支学科都有相互联系。如天体力学定性理论与拓扑学、微分等式定性理论紧密联系；多体问题也是通常热学问题；天文动力学也是星际航行学的分支；引力理论、小星体系的运动等是与天体化学学的共同问题；动力演化是与天体演物理的共同问题，以及月球自转理论是与天体测量学的共同问题等等。
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