אחד הניסיונות המדעיים הראשונים להסביר את כוכב בית לחם נעוץ בעבודתו של יוהאנס קפלר בראשית המאה ה־17. בשנת 1604 צפה קפלר בהצטרפות של כוכבי לכת, שבעקבותיה הופיעה נובה, ודבר זה הביא אותו להציע השערה דומה לתקופת הולדתו של ישוע.
קפלר הציע שכוכב בית לחם עשוי להתאים להצטרפות משולשת של צדק ושבתאי שאירעה בשנת 7 לפני הספירה, בקבוצת הכוכבים דגים. באסטרולוגיה העתיקה נקשר צדק לא פעם למלכות, ואילו שבתאי יכול היה להיקשר לעם היהודי. מערך זה היה יכול אפוא להתפרש כהודעה על הולדתו של מלך בישראל.
קפלר שקל גם אפשרות שהצטרפות זו לוותה בתופעה חולפת, כגון נובה, שהגבירה את הנראות של האירוע. אף שהשערה השנייה אינה מאושרת על ידי מקורות היסטוריים מפורשים, היא מעידה על ניסיון לשלב בין תצפית אסטרונומית לבין פרשנות היסטורית.
ערכה של הצעת קפלר טמון בדרך שבה הוא פועל: הוא אינו מניח לא בנייה סמלית גרידא ולא נס שרירותי, אלא מבקש לזהות תופעת טבע שייתכן שפורשה במסגרת תרבותית נתונה. עם זאת, להשערה זו יש מגבלות מסוימות, בעיקר בשל הפער הכרונולוגי ביחס להולדה שזמנה בסביבות שנת 2 לפני הספירה, ובשל כך שהצטרפויות של כוכבי לכת אינן יוצרות מבחינה חזותית ”כוכב יחיד“ בולט דיו כדי להתאים ישירות לסיפור של מתי.
למרות הסתייגויות אלה, עבודתו של קפלר פתחה את הדרך לגישה מדעית לשאלה, והיא ממשיכה להשפיע על המחקר העכשווי בנושא כוכב בית לחם.