来到蒂宾根大学后，开普勒依然勤奋学习，保持着锲而不舍的探究精神。他成绩优异，靠奖学金和助学金完成了学业。

开普勒一开始主修的是神学和哲学，他的童年理想是成为一名神学家。在从小生长在欧洲的孩子们的眼中，神学家是上知天文、下晓地理的尊贵职业，只有最优秀的学生才有机会获得这一殊荣。

开普勒无疑是逐梦者中的佼佼者，他年仅20岁就完成了硕士学位，就在他离神学家梦想更近一步的时候，他却作了一个大胆的决定，放弃了人人艳羡的璀璨前途。他向来是尊崇内心呼唤的人，使他内心产生动摇的根本原因是一个人的出现，那就是拉开宇宙革命序幕的天文学家哥白尼。彼时，哥白尼的日心说如一阵狂风席卷了当时的天文学界，吸引了大批拥簇者，年轻的开普勒接触日心说体系后，便心潮澎湃，为之倾倒。

那时日心说体系还拿不出有力的实证，但精通数学的开普勒凭直觉就相信了。因为日心说的模型和数学计算都比地心说简洁太多。他觉得宇宙的形成一定是具有数学的和谐之美的，在这个意义上，日心说更符合他心中的理想宇宙。

对日心说的信奉让他开始对教会宣扬的学说产生了怀疑。他想，教会的权威并不总是对的，神学家的知识也不是如他曾经以为的那么无懈可击。在坚持信仰和寻求真理面前到底该选哪条路？一条是通往受人尊崇的神学家之路，另一条则是布满荆棘的求索之路。开普勒陷入灵魂的挣扎，当他终于看清楚内心的真正渴望后，他坚定不移地选择了后者，放弃了唾手可得的神职，选择去教会学校成为一名数学老师。

在学校教书时期，他把业余时间都投入到了哥白尼学说的研究中。他觉得日心说是对的，但仅凭直觉是不够的，他必须找到有力可靠的证据，让众人都相信日心说的正确性，让宇宙的真理被大多数人接纳。

开普勒在全面深入地研究了哥白尼最系统的著作《天体运行论》后，进一步提出了几个问题：为什么刚好有6颗行星，而不是更多或更少？行星到底是怎么运行的？引起它们运行的原因是什么？他的思索打开了天体动力学之门，给天文学带来了一场变革。最后，开普勒凭借出众的想象力构想了自己的宇宙模型。

1596年，年仅25岁的开普勒出版了一本书《宇宙的奥秘》，阐述了自己对宇宙的构想。他关于宇宙的构想是非常奇特的，他认为宇宙的模型可能建立在柏拉图多面体的基础上。什么是柏拉图多面体呢？简而言之，柏拉图多面体是柏拉图在《蒂迈欧尼篇》中提到的五种多面体，包括四面体、立方体、八面体、十二面体及二十面体。开普勒认为，这五种多面体以一定的次序嵌套在各行星运动轨道的球层之间，区隔开6颗行星的运动轨道球层。各层之间的距离则是由其间的不同的多面体决定的。

开普勒在《宇宙的奥秘》中关于太阳系的柏拉图式实体模型（1596年）

他得出这一推论的根源在于，他认为上帝创造的宇宙一定是和谐的，而最和谐的美感就是几何之美，所以宇宙是由几何多面体组成的。现在看来他的推断没有什么依据，因此在不久后就被证实是错误的。但是他有勇气挑战传统，提出新知，本身就是一种科学精神的彰显。更重要的是，开普勒在著作中提出的对行星及其运动机制的探讨非常具有开拓性。此前，几乎没人考虑过行星的物理机制，正是他的这一创想为牛顿提出万有引力学说奠定了基础。

值得一提的是，虽然构想是错误的，但开普勒依据这个构想计算出的行星间距离的比例关系，和日心说体系计算出来的结果相近，所以从一定程度上支持了日心说。

开普勒完稿后作了一个大胆的决定，将书稿寄给了当时颇负盛名的天文学家伽利略和第谷。伽利略给予了肯定和鼓励，第谷则是直接将他引领上了宇宙立法第一人的道路。