开普勒在蒂宾根大学学习期间，对神学的研究兴趣一直不减。并赢得了校方的一致好评。评议委员会说他“具有如此非凡的头脑，可期望做出不同凡响的事业。”
开普勒果然做出了“不同凡响”的事业，但却不见得是这所神学院所期望的。
不过，要追溯开普勒研究天文学的启蒙者，还要追溯到这所神学院的M.麦斯特林教授。
麦斯特林教授精通N.哥白尼的天文理论，是哥白尼学说的一个小心、谨慎的信奉者。他把哥白尼的体系作为一种数学假说向学生介绍，是麦斯特林第一个在年轻的开普勒心田里播下新天文学理论的种子。
开普勒十分尊敬这位资历颇深的麦斯特林教授，但对于他所介绍的哥白尼体系并没有过多留意，在开普勒看来，那只是一种假想，缺乏科学的事实依据。况且，他的志向在神学，而非天文学。
在他学业的最后一年里，一件偶然的事改变了开普勒的人生选择。
在格拉茨马丁·路德教的一所学校里，一名数学老师突然去世了，当地政府要求蒂宾根大学派一名教师前往就任。麦斯特林教授认为开普勒最有资格胜任这一职务，力荐开普勒前往。
年轻的开普勒心里十分矛盾，如果前去就职，神学家的梦想就会被击破，这是只差一年就唾手可得的荣誉啊。如果不去，又恐辜负了教授的一片好心，思来想去，他还是选择了前者。
然而，正是这一偶然的机会，使开普勒走上了一条天文学家的辉煌之路。
1594年4月11日，开普勒并不情愿地来到格拉茨就职。
在这个新教教会的学校里，听他讲数学的学生并不多，尽管开普勒从备课到讲课都是无可挑剔地认真，但是，到了第二年，几乎没有学生听他讲课了。
西方学校提倡学生自由选择课程，出现这种情况并不奇怪。好在开普勒的博学多才，使他仍然受到校方的器重。学校当局又安排他讲维吉尔（公元前70年至公元1年，古罗马诗人）修辞学、伦理学和历史。他样样都干得十分出色。
在格拉茨，开普勒做了一件比他的教学工作更有影响的事，就是受政府之托，编制年历和预言书。
这是一项极其繁琐的工作，开普勒查阅了大量天文学资料和星占术方面的资料，他预言了1595年的大寒、农民起义、土耳其人入侵等。
令人难以置信的是，这些预言居然全部被证实了。因此，开普勒被戴上了星占学家的桂冠。
这件事激发了开普勒的研究兴趣，他开始超越神学理想，把视野转向了神秘莫测的宇宙，并且将哥白尼的理论加以认真推敲。
他在比较了亚里士多德的水晶球说，托勒密的地心说和哥白尼的日心说之后，认为哥白尼的学说有许多合理的内涵，应该引起人们的重视。
通过对哥白尼《天体运行论》的深入研究，开普勒的心智大开，他被日心体系在数学上的简单和谐所倾倒，他从灵魂深处深信它是真实可靠的，他以无比虔诚的心情去欣赏它的美。
开普勒并不仅仅满足于对哥白尼学说的欣赏，他的积极探索精神促使他考虑行星体系的3个问题：行星的数目、轨道的大小以及引起行星运动的原因。
开普勒对事物善于抽象思维，这正是他与第谷偏重观测实践的不同之处。
经过潜心研究，1596年底，开普勒完成了他的第一部天文学著作《神秘的宇宙》。
这部书的初稿完成以后，出版时遇到了许多困难。由于开普勒初出茅庐，在学术界默默无闻，出版商们怕亏本，不敢接受他的书稿。最后，还是在他的老师麦斯特林的直接关注和帮助下，此书才得以出版，并载入了法兰克福书目中。
《神秘的宇宙》是开普勒抽象思维能力的最好体现。
在这本书中，开普勒用一套内切球和正多面体勾画了一个宇宙模型：
以地球轨道作为标准，假设它在一个球面上，作这个球的外切正十二面体，这个十二面体的外接球便是火星轨道所在的球面。
作火星轨道所在球面的外切正四面体，这个正四面体的外接球是木星轨道所在的球面。
再作这个球面的一个外切正六面体，这个六面体的外接球是土星轨道所在的球面。
再在地球轨道所在的球面内作一个内接的正二十面体，金星的轨道便在这个二十面体的内切球上。
再在金星轨道所在的球面上作一个内接的正八面体，水星轨道便在这个八面体的内接球上。
这种正多面体和球体一个套一个，勾勒出了一个极其神秘的宇宙模型，因为正多面体只能作5个（正四面、正六面、正八面、正十二面、正二十面），所以，开普勒认为行星的数目只有6个（当时已发现的大行星正好是个）。
在这个模型里，只要对水星的轨道半径作一修正，那么开普勒的这套宇宙模型所确定的半径与哥白尼的数值很符合，误差仅有5%。
开普勒为他所发现的这一宇宙模型感到无比兴奋和喜悦，他说：
“这次偶然的发现成为我工作的成功点，我欣喜的心情是无法用语言来表达的，我不再后悔我浪费的时间了，我每日每夜潜心搞计算，看我是与哥白尼的理论相一致，还是我的喜悦要落空。”
现在看来，开普勒的这套宇宙模型有点荒唐可笑，但是《神秘的宇宙》毕竟勇敢地冲破了传统观点的束缚，有力地支持了哥白尼的观点，为科学的宇宙观的形成起到了促进作用。
特别值得提出的是，开普勒在这部论著中还提出了对行星和运动机制的探讨，这是在牛顿提出万有引力学说之前非常有开拓性的思想。因为在这以前，几乎没有人考虑过行星运动的物理机制问题。
但是，开普勒宇宙模型还没有冲破传统观念的束缚。
许多世纪以来，在天文学理论上，一直将宇宙看成是和谐、壮丽和完美无缺的，而球形则是万物中最美的形状。这种观念发端于毕达哥拉斯和柏拉图，是按照人间的关系臆想出来的。
一直到开普勒之前，天文学家都是按照这种传统观念去理解天体运行的规律，因而得出错误的结论，就是认为行星的运转轨道都是圆形的。
这种理论的认识基础是拟人说和先验论，用主观构想出来的几何图形强制性地套用在天体运动规律上。
虽说开普勒对他的宇宙模型无比欣赏，但是当他发现这一模型与实际观测事实不相符合时，他毫不犹豫地抛弃了前者。
天文学的理论在他的手中不断地向真理靠近。
