Zakłada się, że dwa główne ciała poruszają się po orbitach kołowych wokół wspólnego środka masy, a planetoida porusza się w tej samej płaszczyźnie. W układzie obracającym się względem tych dwóch ciał (tzn. w układzie współrzędnych, w którym oba ciała są nieruchome), trzecie ciało również może pozostawać nieruchome w jednym z punktów Lagrange’a, lub poruszać się wokół nich, np. po orbicie podkowiastej.
Ograniczony problem trzech ciał jest teoretycznie prostszy do analizy niż pełny problem i ma istotne znaczenie praktyczne — dobrze opisuje wiele realnych układów, np. Ziemia–Księżyc–Słońce. Z tego względu odegrał kluczową rolę w historii rozwoju badań nad problemem trzech ciał.
Problem można przedstawić matematycznie w sposób następujący: Niech będą masami dwóch ciał głównych, o współrzędnych oraz . Planetoida ma współrzędne . Wybierając jednostki tak, by odległość między ciałami głównymi oraz stała grawitacyjna były równe 1, ruch planetoidy opisują równania:
gdzie – promienie wodzące ciał głównych.
Jeśli jednak dwa ciała główne poruszają się po orbitach kołowych ze stałymi prędkościami, to można przejść do układu obracającego się wraz z nimi, co eliminuje zależność czasową z równań i upraszcza dalszą analizę.