Tiêu đề đầy đủ trong tiếng Việt của tác phẩm là Thiên văn học mới, dựa trên lý trí, hoặc Vật lý Thiên văn, được nghiên cứu bởi Ý nghĩa của những bình luận về những chuyển động của Hỏa tinh, từ những quan sát của quý ngài Tycho Brahe. Trong 650 trang, Kepler đã dân dắt người đọc từng bước một đi qua quá trình ông khám phá ra dể xua tan những ấn tượng về "khám phá mới lạ", ông nói vậy.

Trong lời nói đầu của tác phẩm, đặc biệt là các thảo luận về các thánh kinh, là phần được phân phối rộng rãi nhất trong tác phẩm của Kepler trong thế kỷ 17.[5] Lời nói đầu đã nói về 4 bước Kepler đã thực hiện trong quá trình ông nghiên cứu. Đầu tiên, ông tuyên bố rằng bản thân Mặt Trời và không có điểm tưởng tượng nào gàn Mặt Trời là điểm mà tất cả các mặt phẳng của những sự lệch tâm của các hành tinh giao nhau, hoặc có thể nói là trung tâm của quỹ đạo của các hành tinh. Bước thứ hai bao gồm việc Kepler đặt Mặt Trời làm trung tâm và định hình chuyển động của các hành tinh. Ở bước này, Kepler đáp trả những phản đối chống lại việc Mặt Trời ở trung tâm của vũ trụ, bao gồm sự phản đối đối với các thánh kinh. Đáp lại các thánh kinh, ông đã tranh luận răng sẽ không có ý nghĩa gi để yêu cầu các giáo lý vật lý và nội dung cần được sửa chữa lại về mặt tinh thần. Trong bước ba, ông đã cho rằng Mặt Trời là nguồn của tất cả các chuyển động của các hành tinh xung quanh nó, sử dụng chứng minh của Brahe dựa trên các sao chổi răng các hành tinh không quay trên các quỹ đạo. Bước bốn miêu tả đường đi của các hành tinh không phải là các đường tròn mà các hình oval.

Trong phần đầu của Astronomia Nova, Kepler đã chứng minh rằng các hệ thống của Ptolemy, Brahe và Copernicus là không thể phân biệt được chỉ trên nền tảng của các quan sát. Ba mô hình này tiên đoán giống nhau vị trí của các hành tinh, mặc dù chúng phân ra từ các quan sát, và thất bại trong việc dự đoán vị trí trong tương lai của các hành tinh bởi một con số nhỏ, mặc dù có thể đo đạc được. Kepler đã giới thiệu một mô hình mới của chuyển động của sao Hỏa trong mối quan hệ với Trái Đất nếu như Trái Đất duy tri việc không di chuyển tại trung tâm của quỹ đạo của nó. Mô hình này đã chỉ ra rằng quỹ đạo của sao Hỏa là thực sự không hoàn hỏa và không bao giờ theo những cách giống nhau.

Kepler đã nói rằng tất cả công việc của ông được mô tả trong cuốn sách. Ông đã nói điều đó trong chương 6 của tác phẩm: "Néu như bạn chán nản với phương pháp mệt mỏi này của tính toán, hãy gửi sự chán nản đó cho tôi, người đã phải trải qua những điều này với ít nhất bảy mươi lần lặp lại, mất rất nhiều thơi gian".[6]<

Trong một bước quan trọng, Kepler đã đặt câu hỏi về những giả sử rằng các hành tinh di chuyển xung quanh một trung tâm của các quỹ đạo của chúng ở cùng tỷ lệ. Ông phát hiện ra rằng các công cụ đo gây tranh cãi để tính toán dựa trên vị trí thực sự của Mặt Trời trên bầu trời, thay vì là vị trí thực sự của nó đã tiêm nhiễm sự đồng ý đáng chú ý của sự thiếu xác định trong mô hình, mở ra con đường nghiên cứu khác. Ý tưởng cho rằng các hành tinh không di chuyển trong tỷ lệ đồng nhất, mà là một sự mở rộng về khoảng cách tính từ Mặt Trời thực sự là một ý kiến mang tính chất cách mạng và nó trở thành định luật hai của ông (đặc biệt là định luật thứ hai này được phát hiện trước định luật thứ nhất củ Kepler). Để dẫn đến định luật thứ hai đó, Kepler đã tính toán và gặp nhiều sai lầm tính toán phức tạp, thứ may mắt dừng lại "như là có phép màu".[6]

Với việc tìm ra định luật thứ hai, ông đặt bước bốn nói trên trong chương 33 rằng Mặt Trời là nguồn năng lượng cho chuyển động của các hành tinh. Để mô tả các hành tinh này, ông tuyên bố rằng Mặt Trời phát ra một thứ vật lý, tương tự ánh sáng chúng phát ra, đẩy các hành tinh chuyển động. Ông cũng đề xuất rằng năng lượng thứ trong mỗi hành tinh thúc đẩy chính các hành tinh này gần với Mặt Trời để tránh việc chúng rơi trong không gian.

Sau đó, Kepler đã cố gắng để cuối cung tìm ra được chuyển động thực sự của các hành tinh, ông đã xác định rằng quỹ đạo của các hành tinh có hình elip. Nỗ lực ban đầu của ông để xác định chuyển động của Hỏa tinh, rất xa chuyện ông tiếp cận được ý tưởng hình elip nói trên, chỉ bị sai lệch tám giây của cung. Điều đó là cũng đủ để ông xác định để yêu cầu một mô hinh mới một cách tổng thể. Kepler đã thử một số để phù hợp vớ quỹ đạo hình elip, bao gồm cả hình của vỏ trứng. Từ đó, ông khám phá ra định nghĩa toán học cho quỹ đạo hình elip, sau đó lại phủ nhận nó, rồi lại chấp nhận nó với suy nghĩ khác: "Tôi đặt (phương trình gốc) qua một bên, và quay trở lại hình elip và tin tưởng rằng nó thực sự là một lý thuyết khác biệt, trong khi cả hai, như tôi sẽ chứng minh trong chương tiếp theo, chỉ là một. A, tổi quả là một con chim ngu ngốc!"[7]