Para desarrollar el concepto de energía potencial gravitatoria, consideramos inicialmente un sistema formado por dos cuerpos (de masas m₁ y m₂) separados a una cierta distancia (r). Podemos entender que dicho sistema tiene energía potencial de origen gravitatorio, pensando que, si se fija a uno cualquiera de los cuerpos y se deja libre al otro, la acción de la fuerza gravitatoria hará al cuerpo libre avanzar cada vez más rápido hacia el otro.

De acuerdo con esto, la energía potencial gravitatoria, además de depender de las masas de ambos cuerpos, es mayor cuanto más separados estén. Su expresión (deducción en este documento) es:

Su valor equivale (con signo opuesto) al del trabajo mínimo que tendría que realizar una fuerza exterior para alejar a las masas del sistema completamente (hasta una separación infinita).

La energía potencial gravitatoria sólo toma valores negativos, en coherencia con el hecho de que la fuerza gravitatoria es siempre de atracción. La definición genérica de energía potencial requiere considerar que otras interacciones (por ejemplo, la fuerza eléctrica) pueden ser también de repulsión y, para ese caso, la energía potencial es positiva. Con este criterio, el valor máximo de la energía potencial gravitatoria es cero y corresponde a una separación infinita entre los cuerpos.

Para el caso general de un sistema formado por un conjunto de varios cuerpos (más de dos), la energía potencial es la suma de las energías potenciales de cada pareja. Igual que ocurre con el sistema más simple (dos cuerpos) su valor coincide con el de la disminución de energía potencial ocurrida si la fuerza gravitatoria trajera todos los cuerpos desde una distancia infinita hasta la posición que ocupan o (con signo opuesto) al del trabajo mínimo que tendría que realizar una fuerza exterior para alejar, una tras otra, a todas las masas del sistema (hasta una distancia infinita).