ট্যুকোর মঙ্গল গ্রহের সকল পর্যবেক্ষণ তখন কেপলারের হাতে আসে এবং তিনি বেশ ধীরলয়ে তা বিশ্লেষণ করতে থাকেন, সেই সাথে রুডলফীয় তালিকা তৈরির প্রক্রিয়াও শুরু করেন। ১৬০০ সালের চাঁদ সম্পর্কিত প্রবন্ধে আলোকবিদ্যার মৌলিক নীতি বিষয়ে যা লিখেছিলেন সে নিয়ে শুরু করেন নতুন গবেষণা। চন্দ্রগ্রহণ এবং সূর্যগ্রহণ দুটোরই অনেকগুলো বিষয় ব্যাখ্যা করা যেতো না তখন, যেমন, ছায়ার অনাকাঙ্ক্ষিত আকার, পূর্ণ চন্দ্রগ্রহণের লাল রং এবং পূর্ণ গ্রহণের সময় সূর্যের চারপাশে অস্বাভাবিক আলোর ছটা নিয়ে যে কথা ছড়িয়েছিল তা। এর সাথে সম্পর্কিত বায়ুমণ্ডলীয় প্রতিসরণের বিষয়গুলো সকল জ্যোতির্বৈজ্ঞানিক পর্যবেক্ষণের ক্ষেত্রেই প্রযোজ্য ছিল। ১৬০৩ সালের অধিকাংশ সময় কেপলার তার অন্য সব কাজ বন্ধ রেখে আলোক তত্ত্বের উপর মনোনিবেশ করেন, এই গবেষণার পাণ্ডুলিপি ১৬০৪ সালের ১লা জানুয়ারি সম্রাটের কাছে পেশ করেন যার নাম রাখা হয় "আস্ত্রোনোমিয়াই পার্স অপতিকা" (লাতিন ভাষায় "Astronomiae Pars Optica"), বাংলায় জ্যোতির্বিজ্ঞানের আলোকবিদ্যা সংশ্লিষ্ট অংশ। এই বইয়ে উল্লেখিত বিষয়গুলোর মধ্যে ছিল, আলোর তীব্রতা যে বিপরীত বর্গীয় সূত্র মেনে চলে তার বর্ণনা, সমতল ও বক্র দর্পণ থেকে প্রতিফলন, পিনহোল ক্যামেরার মূলনীতি, এবং আলোকবিদ্যার বিভিন্ন জ্যোতির্বৈজ্ঞানিক প্রয়োগ, যেমন লম্বন ও জ্যোতিষ্কসমূহের আপেক্ষিক আকার। মানুষের চোখ নিয়েও গবেষণা করেছিলেন এবং স্নায়ুবিজ্ঞানীরা মনে করেন কেপলারই প্রথম বুঝতে পেরেছিলেন যে মানব চোখের লেন্স কোন বস্তুর বিম্ব উল্টো করে রেটিনায় প্রক্ষেপিত করে। এই উল্টো বিম্ব কিভাবে সোজা হয় সে নিয়ে তিনি খুব বেশি ভাবার প্রয়োজন অণুভব করেননি কারণ তার মতে আলোকবিদ্যার সাথে এর খুব বেশি সম্বন্ধ ছিল না। অবশ্য তিনি অন্তত এটুকু বলেছিলেন যে, মস্তিষ্কের ফাঁপা অভ্যন্তরভাগে আত্মার কার্যকলাপের কারণেই উল্টো বিম্ব সোজা হয়ে যায়। বর্তমানকালে, আস্ত্রোনোমিয়াই পার্স অপতিকাকে আধুনিক আলোকবিজ্ঞানের ভিত্তি হিসেবে গণ্য করা হয় যদিও এতে প্রতিসরণের সূত্র একেবারে অণুপস্থিত।

"হারমোনিকেস মুন্দি"
দ্বিতীয় বিয়ে
"আস্ত্রোনোমিয়াই পার্স অপতিকা"
অন্যান্য গবেষণা