Una vez empezó a dudar sobre la circularidad de las órbitas, se dio cuenta que los cuerpos celestes estaban obligados a desviarse del curso circular debido a que sus movimientos no eran la obra de la mente, sino de la naturaleza y por tanto, seguían sus propias inclinaciones.
En primer lugar, supuso que la órbita estaba formada por un ovoide, sin embargo, Kepler fue incapaz de tratar matemáticamente las diferentes curvas ovoides que ensayó. Por ello, decidió utilizar las elipses, descubriendo que éstas se adecuaban a su ley de las áreas perfectamente.
Tras llegar a esta conclusión empírica, intentó encontrar una explicación física por medio de un movimiento oscilatorio del planeta sobre el diámetro de su epiciclo. Después de 10 años de trabajo complementario, llegó a su tercera ley, que le daba la adecuación empírica exacta para explicar sus postulados.