天體熱學是天文學和熱學之間的交叉學科，是天文學中較早產生的一個分支學科，它主要應用熱學規律來研究天體的運動和形狀。
天體熱學往年所涉及的天體主要是太陽系內的天體，20世紀50年代之后也開始研究人造天體和一些成員不多(幾個到幾百個)的星體系統。天體的熱學運動是指天體質量中心在空間軌道的聯通和繞質量中心的轉動(自轉)。對日月和行星則是要確定它們的軌道，編制星歷表，估算質量并按照它們的自傳確定天體的形狀等等。
天體熱學以物理為主要研究手段，至于天體的形狀，主要是依據流體或彈性體在內部引力和自轉離心力作用下的平衡形狀及其變化規律進行研究。天體內部和天體互相之間的萬有引力是決定天體運動和形狀的主要誘因，天體熱學目前仍以萬有引力定理為基礎。
其實已發覺萬有引力定理與個別觀測事實有矛盾(如水星近期點進動問題)，而用愛因斯坦的廣義相對論卻能對那些事實做出更好的解釋，但對天體熱學的絕大多數課題來說，相對論效應并不顯著。為此，在天體熱學中只是對于個別特殊問題才須要應用廣義相對論和其他引力理論。
天體熱學的發展歷史
遠在公元前一、二千年，中國和其他文明古國就開始用太陽、月亮和大行星等天體的視運動來確定年、月和季節，為農業服務。隨著觀測精度的不斷提升，觀測資料的不斷積累，人們開始研究這種天體的真運動，因而預報它們未來的位置和星象，更好地為農業、航海事業等服務。
歷出現過各類太陽、月球和大行星運動的假說，但直至1543年哥白尼提出日心體系后，才有反映太陽系的真運動的模型。
開普勒依據第谷多年的行星觀測資料，于1609～1619年間，提出了的行星運動三大定理，深刻地描述了行星運動，至今仍有重要作用。開普勒還提出的開普勒多項式，對行星軌道要素下了定義。由此人們就可以預報行星(以及地球)更確切的位置，因而產生了理論天文學，這是天體熱學的前身。
到這時，人們對天體(指太陽、月球和大行星)的真運動還僅處于描述階段，還難以揣測行星運動的熱學緣由。
早在中世紀末期，達·芬奇就提出了不少熱學概念，人們開始認識到力的作用。伽利略在熱學方面做出了巨大的貢獻，使動力學初具雛型，為牛頓三定理的發覺奠定了基礎。
牛頓依據前人在熱學、數學和天文學方面的成就，以及他自己二十多年的反復研究，在1687年出版的《自然哲學的物理原理》中提出了萬有引力定理。他在書中還提出了的牛頓三大運動定理，把人們帶進了動力學范疇。對天體的運動和形狀的研究自此步入新的歷史階段，天體熱學即將誕生。盡管牛頓未提出這個名稱，仍用理論天文學表示這個領域，但牛頓實際上是天體熱學的創始人。
天體熱學誕生以來的近三百年歷史中，按研究對象和基本研究方式的發展過程，大致可界定為三個時期：
奠基時期自天體熱學成立到十九世紀后期，是天體熱學的奠基過程。天體熱學在這個過程中逐漸產生了自己的學科體系，稱為精典天體熱學。它的研究對象主要是大行星和地球，研究方式主要是精典剖析方式，也就是攝動理論。牛頓和萊布尼茨既是天體熱學的奠基者，同時也是近代物理和熱學的奠基者，她們共同創辦的微積分學，成為天體熱學的物理基礎。
十八世紀，因為航海事業的發展，須要更精確的地球和亮行星的位置表理論天體物理學研究什么，于是物理家們旨在于天體運動的研究，因而成立了剖析熱學，這就是天體熱學的熱學基礎。這方面的主要奠基者有歐拉、達朗貝爾和拉格朗日等。其中，歐拉是第一個較完整的地球運動理論的創辦者，拉格朗日是大行星運動理論的創始人。后來由拉普拉斯集其大成，他的五卷十六冊專著《天體熱學》成為精典天體熱學的代表作。他在1799年出版的第一卷中，首先提出了天體熱學的學科名稱，并描述了這個學科的研究領域。
在這部專著中，拉普拉斯對大行星和地球的運動都提出了較完整的理論，并且對周期慧星和土星的衛星也提出了相應的運動理論。同時，他還對天體形狀的理論基礎──流體自轉時的平衡形狀理論作了詳盡闡述。
后來，勒讓德、泊松、雅可比和漢密爾頓等人又進一步發展了有關的理論。1846年，依據勒威耶和亞當斯的估算，發覺了海王星，這是精典天體熱學的偉大成果，也是自然科學理論預見性的重要驗證。隨后，大行星和地球運動理論益臻健全，成為編算天文月歷中各天體歷表的依據。
發展時期自十九世紀后期到二十世紀五十年代，是天體熱學的發展時期。在研究對象方面，降低了太陽系內大量的小天體(小行星、彗星和衛星等)；在研究方式方面，不僅繼續改進剖析方式外，降低了定性方式和數值方式，但它們只作為剖析方式的補充。這段時期可以稱為近代天體熱學時期。彭加萊在1892～1899年出版的三卷本《天體熱學的新方式》是這個時期的代表作。
其實早在1801年就發覺了第一號小行星(谷神星)，彌補了火星和土星軌道之間的縫隙。但小行星的大量發覺，是在十九世紀后半葉拍照方式被廣泛應用到天文觀測之后的事情。與此同時，慧星和衛星也被大量發覺。那些小天體的軌道偏心率和傾角都較大，用行星或地球的運動理論不能得到較好結果。天體熱學家們探求了一些不同于精典天體熱學的方式，其中德洛內、希爾和漢森等人的剖析方式，對之后的發展影響較大。
定性方式是由彭加萊和李亞普諾夫創辦的，她們同時還構建了微分等式定性理論。但到二十世紀五十年代為止，這方面進展不快。
數值方式早可溯源到高斯的工作方式。十九世紀末產生的科威耳方式和亞當斯方式，至今仍為天體熱學的基本數值方式，但在電子計算機出現曾經，應用不廣。
新時期二十世紀五十年代之后，因為人造天體的出現和電子計算機的廣泛應用，天體熱學步入一個新時期。研究對象又降低了各種類型的人造天體，以及成員不多的星體系統。
在研究方式中，數值方式有迅速的發展，除了用于解決實際問題，并且還同定性方式和剖析方式結合上去，進行各類理論問題的研究。定性方式和剖析方式也有相應發展，以適應觀測精度日漸提升的要求。
天體熱學的研究內容
當前天體熱學可分為六個次級學科：
攝動理論這是精典天體熱學的主要內容，它是用剖析方式研究各種天體的受攝運動，求出它們的座標或軌道要素的近似攝動值。
近些年，因為無線電、激光等新觀測技術的應用，觀測精度日漸增強，觀測資料數目激增。為此，原有各種天體的運動理論急需更新。其課題有兩類：一類是具體天體的攝動理論，如地球的運動理論、大行星的運動理論等；另一類是共同性的問題，即各種天體的攝動理論都要解決的關鍵性問題或共同性的研究方式，如攝動函數的展開問題、中間軌道和變換理論等。
數值方式這是研究天體熱學中運動多項式的數值解法。主要課題是研究和改進現有的各類估算方式，研究偏差的積累和傳播，技巧的收斂性、穩定性和估算的程序系統等。近些年來，電子估算技術的迅速發展為數值方式開辟了遼闊的前景。六十年代末期出現的機器推論公式，是數值技巧和剖析方式的結合，現已被廣泛使用。
以上兩個次級學科都屬于定量技巧理論天體物理學研究什么，因為存在展開式收斂性以及偏差累計的問題，現有各類方式還只能拿來研究天體在短時間內的運動狀況。
定性理論也叫作定性技巧。它并不具體求出天體的軌道，而是闡述這種軌道應有的性質，這對這些用定量技巧還不能解決的天體運動和形狀問題尤為重要。其中課題大致可分為三類：一類是研究天體的特殊軌道的存在性和穩定性，如周期解理論、卡姆理論等；一類是研究運動多項式奇點附近的運動特點，如碰撞問題、俘獲理論等；另一類是研究運動的全局圖象，如運動區域、太陽系穩定性問題等。近些年來，在定性理論中應用拓撲學較多，有些文獻中把它叫作拓撲方式。
天文動力學又叫作星際航行動力學。這是天體熱學和星際航行學之間的邊沿學科，研究星際航行中的動力學問題。在天體熱學中的課題主要是人造月球衛星，地球灰熊以及各類行星際偵測器的運動理論等。
歷史天文學是借助攝動理論和數值方式構建各類天體歷表，研究天文常數系統以及估算各類星象。
天體形狀和自轉理論是牛頓開創的次級學科，主要研究各類物態的天體在自轉時的平衡形狀、穩定性以及自轉軸的變化規律。近些年來，借助空間偵測技術得到了月球、月球和幾個大行星的形狀以及引力場方面大量數據，為進一步完善這種天體的形狀和自轉理論提供了豐富資料。
天體熱學的發展同物理、力學、地學、星際航行學，以及天文學的其他分支學科都有相互聯系。如天體力學定性理論與拓撲學、微分等式定性理論緊密聯系；多體問題也是通常熱學問題；天文動力學也是星際航行學的分支；引力理論、小星體系的運動等是與天體化學學的共同問題；動力演化是與天體演物理的共同問題，以及月球自轉理論是與天體測量學的共同問題等等。
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