开普勒对光学也有卓越的贡献，他可以说是近代光学的奠基者。在发现行星运动三大定律的同时，他创立了大气折射理论，并根据这一理论提出了天体望远镜即折射望远镜的原理。

　　开普勒在光学领域内的贡献跟伽利略在力学方面的贡献相仿，他了解到光的强度是跟光源的距离的平方成反比的。他还研究和解释了小孔成像现象，并从几何光学的角度给予了说明。开普勒对光的折射问题做过许多研究，指出折射的大小不能单从物质密度的大小来考虑。例如，油的密度比水的密度小，可是它的折射却比水的折射大。在开普勒之前，人们对折射现象也做过不少的研究，但都未能正确总结出折射定律。那时比较普遍的看法是：入射角和折射角之比是一定的。开普勒通过实验修正了这一观点，他认为，在人射角度比较小时，这一关系与实验结果是接近的，但角度增大，情况就不是这样的。

　　开普勒还研究了透镜和透镜组，确证了透镜得到的像是倒立的。开普勒在研究这些问题时，采用了作图的方法。他最先提出了光线和光束的表示法，为研究光学问题提供了新的手段。他应用有关的研究成果，成功地改进了望远镜。

　　另外，开普勒还从光学角度研究了人的视觉，纠正了前人关于视觉的种种错误观点，开创和发展了研究视觉理论的正确道路，阐述了近视眼和远视眼的问题等等。

　　1612年，开普勒的庇护人鲁道夫二世被迫退位，继任的新国王马赛厄斯对天文学不感兴趣，虽然他给开普勒保留了宫廷天文学家的职位，但薪水往往拖欠(鲁道夫二世付钱也不是很干脆)，于是开普勒离开了布拉格，到奥地利林茨的一所大学去当教授。那时候，战争和瘟疫笼罩着欧洲，校方老是拖欠薪金，开普勒一家过着半饥不饱的生活。即使在这样的逆境中，开普勒仍念念不忘第谷的临终嘱托，要出版天文表。开普勒节衣缩食，东挪西凑，艰难地凑齐了钱。1627年，这本精确的、深受航海家欢迎的《鲁道夫天文表》终于出版了。此外，除了前面提到过的出版的重要著作外，开普勒还出版了《天文新星》、《折射学》等。

　　1630年，开普勒长途跋涉到雷根斯堡去取人家欠他的薪金，以便进行新的科学探索，结果四处碰壁。他怀着沉重的心情踏上归途，当走到拉的斯本时，病倒在客栈，次日就离开了人世。

　　开普勒的一生，除了得到第谷的短期帮助外，几乎都是在贫困、逆境中生活的。科学史上有人这么说：“第谷的后面有国王，伽利略的后面有公爵，牛顿的后面有政府，但是开普勒的后面只有疾病和贫困。”即使在这样的逆境中，开普勒仍然为天文学、物理学的发展作出了杰出的贡献。开普勒行星运动的定律丰富和发展了哥白尼体系，用定量的数学方程把它表示出来，使人们对行星运动有了明晰的概念。开普勒打破了只能按正圆做匀速运动的传统观念，在天体力学中无疑是一次意义巨大的革命。他无愧于“天空立法者”的称号。