物伍好体系的各物体之间由于万有引力相互作用而具有的势能叫做“引力势能”。例如，地球周围各物体和地球之间有引力作用，因此这个物体具有引力势能。在物体远离地心的情况下，通常将距地心无限远处定为零势能状态（所以引力势能总是负值），这时引力势能公式应为：
\[ U = -\frac{GMm}{r} \]
该式又称引力势能公式，式中G是万有引力常数，M、m分别为地球和物体的质量，r是物体与地心之间的距离。
从研究两个质点在万有引力作用下的运动规律出发，人们通常把航天器达到环绕地球、脱离地球和飞出太阳系所需要的最小速度，分别称为第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度。
第一宇宙速度（V1）
航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的速度，也叫环绕速度。按照力学理论可以计算出V1＝7.9公里／秒。航天器在距离地面表面数百公里以上的高空运行，地面对航天器引力比在地面时要小，故其速度也略小于V1。
第二宇宙速度（V2）
当航天器超过第一宇宙速度V1达到一定值时，它就会脱离地球的引力场而成为围绕太阳运行的人造行星，这个速度就叫做第二宇宙速度，亦称逃逸速度。按照力学理论可以计算出第二宇宙速度V2＝11.2公里／秒。由于月球还未超出地球引力的范围，故从地面发射探月航天器，其初始速度不小于10.848公里／秒即可。
第三宇宙速度（V3）
从地球表面发射航天器，飞出太阳系，到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小速度，就叫做第三宇宙速度。按照力学理论可以计算出第三宇宙速度V3＝16.7公里／秒。需要注意的是，这是选择航天器入轨速度与地球公转速度方向一致时计算出的V3值；如果方向不一致，所需速度就要大于16.7公里／秒了。可以说，航天器的速度是挣脱地球乃至太阳引力的唯一要素，目前只有火箭才能突破宇宙速度。
