Quando dois corpos celestes de massa comparável interagem gravitacionalmente, ambos orbitam em torno de um ponto fixo (o centro de massa dos dois corpos). Este ponto situa-se entre os corpos na linha que os une numa posição tal que os produtos da distância a cada corpo com a massa de cada corpo são iguais. Assim, a Terra e a Lua movem-se em órbitas complementares em torno do seu centro de massa comum. O movimento da Terra tem duas consequências observáveis. Primeiro, a direção do Sol vista da Terra em relação às estrelas muito distantes varia a cada mês em cerca de 12 segundos de arco, além do movimento anual do Sol. Em segundo lugar, a velocidade da linha de visão da Terra para uma nave espacial em movimento livre varia a cada mês em 2,04 metros por segundo, de acordo com dados muito precisos obtidos a partir do rastreamento de rádio. A partir destes resultados, a Lua tem uma massa 1/81 vezes maior do que a da Terra. Com ligeiras modificações as leis de Kepler permanecem válidas para sistemas de duas massas comparáveis; os focos das órbitas elípticas são as posições do centro de massa de dois corpos, e, colocando M1 + M2 em vez de MS na expressão da terceira lei de Kepler, equação (6), lê-se a terceira lei: 
Que concorda com a equação (6) quando um corpo é tão pequeno que a sua massa pode ser negligenciada. A fórmula redimensionada pode ser usada para determinar as massas separadas de estrelas binárias (pares de estrelas orbitando ao redor umas das outras) que estão a uma distância conhecida do sistema solar. A equação (9) determina a soma das massas; e, se R1 e R2 são as distâncias das estrelas individuais do centro da massa, a razão das distâncias deve equilibrar a razão inversa das massas, e a soma das distâncias é a distância total R. Nos símbolos 
Essas relações são suficientes para determinar as massas individuais. Observações dos movimentos orbitais das estrelas duplas, dos movimentos dinâmicos das estrelas que se movem coletivamente dentro de suas galáxias, e dos movimentos das próprias galáxias verificam que a lei da gravidade de Newton é válida com alto grau de precisão em todo o universo visível.
Marés do oceano, fenômenos que mistificaram pensadores por séculos, também foram mostrados por Newton como sendo uma conseqüência da lei universal da gravitação, embora os detalhes dos complicados fenômenos não tenham sido compreendidos até comparativamente recentemente. Eles são causados especificamente pela atração gravitacional da Lua e, em menor grau, do Sol.
Newton mostrou que a protuberância equatorial da Terra era uma consequência do equilíbrio entre as forças centrífugas da rotação da Terra e as atrações de cada partícula da Terra sobre todas as outras. O valor da gravidade na superfície da Terra aumenta de forma correspondente desde a linha do Equador até aos pólos. Entre os dados que Newton utilizou para estimar o tamanho do bojo equatorial estavam os ajustes ao seu relógio de pêndulo que o astrónomo inglês Edmond Halley teve de fazer no decurso das suas observações astronómicas na ilha de Santa Helena, a sul. Júpiter, que gira mais rápido que a Terra, tem uma protuberância equatorial proporcionalmente maior, sendo a diferença entre os seus raios polares e equatoriais de cerca de 10%. Outro sucesso da teoria de Newton foi a sua demonstração de que os cometas se movem em órbitas parabólicas sob a atração gravitacional do Sol. Em uma análise profunda no Principia, ele mostrou que o grande cometa de 1680-81 realmente seguiu um caminho parabólico.
Já era sabido na época de Newton que a Lua não se move em uma simples órbita Kepleriana. Mais tarde, observações mais precisas dos planetas também mostraram discrepâncias em relação às leis de Kepler. O movimento da Lua é particularmente complexo; contudo, para além de uma aceleração a longo prazo devido às marés na Terra, as complexidades podem ser explicadas pela atracção gravitacional do Sol e dos planetas. As atracções gravitacionais dos planetas uns para os outros explicam quase todas as características dos seus movimentos. As excepções são, no entanto, importantes. Urano, o sétimo planeta do Sol, foi observado a sofrer variações no seu movimento que não puderam ser explicadas pelas perturbações de Saturno, Júpiter e outros planetas. Dois astrônomos do século XIX, John Couch Adams da Grã-Bretanha e Urbain-Jean-Joseph Le Verrier da França, assumiram independentemente a presença de um oitavo planeta invisível que poderia produzir as discrepâncias observadas. Eles calcularam sua posição dentro de um grau do local onde o planeta Netuno foi descoberto em 1846. As medições do movimento do planeta mais interno, Mercúrio, durante um período prolongado levaram os astrônomos a concluir que o eixo principal da órbita elíptica deste planeta precessa no espaço a uma velocidade de 43 segundos de arco por século mais rápida do que a que poderia ser contabilizada a partir das perturbações dos outros planetas. Neste caso, contudo, não foi possível encontrar outros corpos que pudessem produzir esta discrepância, e pareceu ser necessária uma modificação muito ligeira da lei da gravitação de Newton. A teoria da relatividade de Einstein prevê precisamente este comportamento observado da órbita de Mercúrio.