בעיית שלושת הגופים - בעיה מתימטית העוסקת בנסיון להציג באופן אנליטי מלא את תנועתם ההדדית של שלושה גופים הנעים בהשפעת כוח הכבידה שלהם.
תיאור של שני גופים אשר בניהם פועל כוח כבידה ניתן לתיאור מתימטי באופן אנליטי מלא - בשיטות חישוביות של החשבון הדיפרנציאלי והאינטגרלי, ניתן אף להראות כי שני הגופים הנתונים להשפעת כוח הכבידה יחוגו במסלול התואם את אחד מחתכי החרוט (מעגל, אליפסה, פרבולה או היפרבולה).
לעומת הקלות בהצגת התנועה של שני גופים יש בעיה קשה למצוא פתרון אנליטי לתיאור תנועתם של שלושה גופים, כל הפשטות והאלגנטיות הקיימת בפתרון לשני גופים - נעלמת. על אף נסיונות רבים למצוא פתרונות לבעייה - טרם נמצא כזה והדרך היחידה לפתרון היא בשיטות נומריות שונות.
לבעיה חשיבות רבה שכן העולם הממשי מורכב מגופים רבים, תנועתם של השמש - כדור הארץ והירח היא בעיית תנועה של שלושה גופים הממחישה את חשיבותו של פתרון הבעיה מבחינה תיאורטית.