開普勒是一位學業成績優異的學者。他在1588年獲得文學學士學位，隨後於1591年通過了文學碩士學位考試。
他本想成爲一名路德教的牧師，因此在大學裏繼續學習神學。然而，他深受天文教授麥斯特林的影響，特別是哥白尼學說的傳播，這使他對天文學和數學產生了極大的興趣。在傑出的麥斯特林的指導下，他開始研究天文學，發現了舊的宇宙理論的錯誤，並堅定了他對哥白尼觀點的支持。
1594年，開普勒的神學課程即將結束，這時奧地利格拉茨新教高級中學的數學教師去世，校方要求圖賓根大學選派一名後繼者。雖然開普勒的朋友們都建議他放棄神學，但校方卻認爲他不夠虔誠，因此推薦他去格拉茨教數學和天文學。後來，他還教授了古典文學、修辭學和道德學。
在1596年，開普勒發表了他的第一本重要著作《宇宙的神祕》，其中明確主張哥白尼體系，並借鑑了畢達哥拉斯和柏拉圖用數來解釋宇宙構造的神祕主義理論。他從畢達哥拉斯和柏拉圖時代起，就以爲人所知的形體來安排了天體的數目、它們的比例和它們運動間的關係。
他的假設是土星、木星、火星、地球、金星和水星的軌道分別在大小不等的六個球的球面上，這六個球依次套切成正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體和正二十面體，太陽居於中心。儘管這種假設可能有些荒唐，但它促使開普勒去進一步尋找正確的宇宙構造理論。他將這本書寄給了一些科學名人，其中丹麥天文學家第谷·布拉赫雖然不同意書中的日心說，但十分佩服開普勒的數學知識和創造天才。伽利略也將他視爲探索的同仁。
