Amikor két hasonló tömegű égitest gravitációs kölcsönhatásba lép egymással, mindkettő egy fix pont (a két égitest tömegközéppontja) körül kering. Ez a pont az égitestek között az őket összekötő egyenesen olyan helyen fekszik, hogy a két égitest távolságának és a két égitest tömegének szorzata egyenlő legyen. A Föld és a Hold tehát egymást kiegészítő pályán mozog a közös tömegközéppontjuk körül. A Föld mozgásának két megfigyelhető következménye van. Először is, a Nap iránya a Földről nézve a nagyon távoli csillagokhoz képest havonta körülbelül 12 ívmásodperccel változik a Nap éves mozgása mellett. Másodszor, a rádiókövetésből nyert nagyon pontos adatok szerint a Föld és egy szabadon mozgó űreszköz látóirányú sebessége minden hónapban másodpercenként 2,04 méterrel változik. Ezekből az eredményekből kiderül, hogy a Hold tömege 1/81-szerese a Földének. Kisebb módosításokkal Kepler törvényei továbbra is érvényesek két hasonló tömegű rendszerre; az elliptikus pályák fókuszpontjai a két test tömegközéppontjának helyei, és ha Kepler harmadik törvényének (6. egyenletében az MS helyett M1 + M2-t írunk, akkor a harmadik törvény így szól: 
Ez megfelel a (6) egyenletnek, ha az egyik test olyan kicsi, hogy a tömege elhanyagolható. Az átméretezett képlet használható a Naprendszertől ismert távolságra lévő kettőscsillagok (egymás körül keringő csillagpárok) külön tömegének meghatározására. A (9. egyenlet meghatározza a tömegek összegét; és ha R1 és R2 az egyes csillagok távolsága a tömegközépponttól, akkor a távolságok arányának ki kell egyenlítenie a tömegek fordított arányát, és a távolságok összege az R össztávolság. szimbólumokban 
Az egyes tömegek meghatározásához ezek az összefüggések elegendőek. A kettőscsillagok keringési mozgásának, a galaxisukban együttesen mozgó csillagok dinamikus mozgásának és maguknak a galaxisoknak a megfigyelései igazolják, hogy Newton gravitációs törvénye nagy pontossággal érvényes az egész látható világegyetemben.
Az óceáni árapályokról, a gondolkodókat évszázadokig rejtélybe ejtő jelenségekről Newton szintén kimutatta, hogy az egyetemes gravitációs törvény következményei, bár a bonyolult jelenségek részleteit csak viszonylag nemrég értették meg. Ezeket kifejezetten a Hold és kisebb mértékben a Nap gravitációs vonzása okozza.
Newton kimutatta, hogy a Föld egyenlítői domborulata a Föld forgásából eredő centrifugális erők és a Föld egyes részecskéinek a többi részecskére gyakorolt vonzása közötti egyensúly következménye. A Föld felszínén a gravitáció értéke az Egyenlítőtől a pólusok felé haladva ennek megfelelően növekszik. Az Egyenlítői dudor méretének becsléséhez Newton többek között azokat az adatokat használta fel, amelyeket Edmond Halley angol csillagásznak a Szent Ilona déli szigetén végzett csillagászati megfigyelései során ingaóráján kellett elvégeznie. A Földnél gyorsabban forgó Jupiternek arányosan nagyobb az egyenlítői dudora, a poláris és az egyenlítői sugár közötti különbség körülbelül 10 százalék. Newton elméletének másik sikere annak bizonyítása volt, hogy az üstökösök a Nap gravitációs vonzása alatt parabolikus pályán mozognak. A Principia alapos elemzésében kimutatta, hogy az 1680-81-es nagy üstökös valóban parabolikus pályát követett.
Newton idejében már tudták, hogy a Hold nem egyszerű kepleri pályán mozog. Később a bolygók pontosabb megfigyelései is eltéréseket mutattak a Kepler-törvényektől. A Hold mozgása különösen bonyolult; azonban a Földön az árapály okozta hosszú távú gyorsulástól eltekintve a bonyolultságot a Nap és a bolygók gravitációs vonzásával lehet magyarázni. A bolygók egymásra gyakorolt gravitációs vonzása magyarázatot ad a bolygók mozgásának szinte minden jellemzőjére. A kivételek mindazonáltal fontosak. Az Uránusz, a Naptól számított hetedik bolygó mozgásában olyan változásokat figyeltek meg, amelyek nem magyarázhatók a Szaturnusz, a Jupiter és a többi bolygó perturbációjával. Két 19. századi csillagász, a brit John Couch Adams és a francia Urbain-Jean-Joseph Le Verrier egymástól függetlenül feltételezte egy láthatatlan nyolcadik bolygó jelenlétét, amely a megfigyelt eltéréseket okozhatja. Kiszámították annak helyzetét egy fokon belül, ahol a Neptunusz bolygót 1846-ban felfedezték. A legbelső bolygó, a Merkúr mozgásának hosszabb időn át tartó mérései arra a következtetésre vezették a csillagászokat, hogy e bolygó elliptikus pályájának főtengelye 43 ívmásodperccel gyorsabban halad előre a térben, mint ahogyan azt a többi bolygó perturbációiból meg lehetne magyarázni. Ebben az esetben azonban nem találtak más égitestet, amely ezt az eltérést okozhatta volna, és úgy tűnt, hogy Newton gravitációs törvényének nagyon csekély módosítására van szükség. Einstein relativitáselmélete pontosan megjósolja a Merkúr pályájának ezt a megfigyelt viselkedését.