Problemstillingen innen himmelmekanikk er å beskrive og forutsi bevegelsen til en samling himmellegemer som påvirker hverandre hovedsakelig gjennom sin innbyrdes gravitasjon. Tradisjonelt har himmelmekanikken blitt brukt for å forutsi planeters, måners, kometers og asteroiders bevegelse i solsystemet. Himmelmekanikk kan også brukes utenfor solsystemet for å beskrive bevegelsene i en dobbeltstjerne, en stjernehop eller til og med en hel galakse. En mer moderne tilnærming av himmelmekanikken er innen astrodynamikken hvor man beregner baner for menneskeskapte satellitter og romsonder.