壳层定理(Shell Theorem)是古典重力学上的理论，其可简化重力于对称球体内部和外部的贡献，并且在天文学上有特别的应用。壳层定理最先由牛顿在所推演出来，其阐明了
由壳层定理的结果亦可得知，在一质量均匀分布的球体，重力由表面至中心线性递减至零。因为球壳不会对内部物体有重力之贡献，而剩余之质量(不包括球壳)是与3成正比，而重力是正比于/2，因此重力与3/2 = 成正比。在星体运动的分析中，壳层定理是非常重要的，因为其隐含地表示可将星体视为一个质点来计算。除了重力之外，壳层定理亦可描述均匀带电球体所贡献的电场，或者是其他平方反比定律的物理现象。
一个均匀实心的球体可视为由无限多个极薄的球壳所组成，而每个球壳均视为一个质点，所以先考虑以下灰色环状区域:
其中是微分角度，非弧长。根据牛顿万有引力定律，环状区域对质点的重力贡献为
力的方向指向球心。将所有的积分，即为质点之所受重力
接着，将表成与相关的函数。总球壳面积为
而灰色环状区域的面积为
所以灰色环状区域的质量可表为
因此
由余弦定理可知
由0积分至，由0增加到最大值再递减至0，由变化至。积分计算的过程如下图所示。
对前述之余弦定理给出的关系式第二式做隐微分计算可得
因此可变数变换为
所以
即薄球壳贡献之重力如同将所有质量集中于球心。接着，将每一个薄球壳累加起来，即是实心球体对外部物体的重力贡献
在距球心到 + 的球壳质量可写为
因此
即实心球对外部物体的重力贡献如同将所有质量集中于球心。
球内重力情形可直接由球外重力改变之积分上下界推得，即自积分至，各参数的示意图如下所示。
所以薄球壳对内部物体的重力贡献为
即球内物体不受外球壳(无论厚薄)的重力影响。
注意，这边的计算系积分质点外的球壳(即 > )，当 < ，即回到球体之外的重力情况。若质点在实心球内，只有半径小于的那部分球体质量对质点有净力作用，半径大于的那部分球壳对产生的重力场为0。小于 那部分球体的质量为
距离球心处的重力场为
质点受到这个实心球体产生的重力为
是一个常数， 才会等于0。同样地，在球壳外的重力为
