Hemelse mechanica is de tak van de astronomie die zich bezighoudt met de bewegingen van hemellichamen. Historisch gezien past de hemelmechanica principes van de fysica (klassieke mechanica) toe op astronomische objecten, zoals sterren en planeten, om efemeride-gegevens te produceren. Als astronomisch studiegebied omvat hemels mechaniek de subvelden van orbitaalmechanica (astrodynamica), die zich bezighoudt met de baan van een kunstmatige satelliet, en maantheorie, die zich bezighoudt met de baan van de maan.