将系统中各个成员粒子的位矢以其质量为权重做加权平均，得到的矢量所标记的空间点被定义为系统的质心。随质心一起运动的参照系被称为质心参照系，简称质心系。
![]()
到目前为止，我们的讨论基本上局限在单个粒子的运动问题上。接下来，要简单地讨论由多个粒子组成的系统的运动。
考虑一个由若干个粒子组成的系统。在对粒子进行适当的排序并编号后，系统的总动量与单个粒子的情况一样，每一个粒子的动量以及系统的总动量的数值和方向取决于所选择的参照系。选择适当的参照系，可以使系统的总动量为零。把系统在其中的总动量为零的参照系称为零动量系，或者动量中心系。
假设有两个参照系，一个是实验室参照系 ，另一个是相对于 以速度 做匀速直线运动的参照系 。在这两个参照系之间，总动量有如下关系：公式中 是粒子系统的总质量。要使 成为动量中心系，就必定有 ，由此得到动量中心系相对于实验室参照系的速度：将动量中心系的速度改写成如下形式：
显然，这个速度 必定也是空间中某个位置矢量为 的点相对于实验室参照系的速度，这个点相对于动量中心系是静止的：在上述表达式中， 和 是这个空间点在初始时刻和任意时刻的位矢，而 和 则是系统中各个成员粒子在相应时刻的位矢。在相差一个任意可加常矢量的意义下，这几个物理量必定有如下关系：显然， 是系统中各个成员粒子的位矢以其质量为权重的加权平均，它所标记的空间点被定义为系统的质心。在许多情况下，质心可以被看作是整个系统的代表，系统的全部质量、动量和能量都集中在质心上。由质心的上述定义不难明白，随质心一起运动的参照系正是动量中心系。由于这个原因，动量中心系又被称为质心参照系，通常简称为质心系。
最简单的多粒子系统有两个成员粒子。对于这样的粒子系统，取两个粒子的连线为 轴，在实验室参照系中，质心的位置为将参照系变换到质心参照系，仍然取两个粒子的连线为 轴 (本来应该叫 轴，不过，为了书写方便，在不引起误会的前提下，将标记运动坐标系的撇号去掉，依旧用 表示粒子的坐标)，并且将坐标系的原点取在质心处，则质心的位置坐标必定为零：由此可知，两个粒子分别位于质心的两边，质量较大的粒子离开质心的距离较近。
为了求出两个粒子的具体位置，假定两个粒子之间的距离为 。第一个粒子位于坐标轴的负方向，则必有一个典型的例子是由地球和月球组成的系统，从天文学的尺度上看，地球和月球都可以被看作是质点。在这个双粒子系统中，将坐标系的原点放置在它们的质心上，取它们的连线从地球指向月球为 轴的正方向。根据上述公式可以写出它们的位置的表达式：地球与月球之间的距离是地球半径的大约 60 倍，将这个数据代入上述结果中得到：这就是说，地—月系统的质心位于地球的内部，距离地心大约 0.75 个地球半径处。
一个更为有趣的例子是太阳系的质心。设想太阳系只有太阳和九大行星 (把冥王星也算上)，其他天体的质量太小，在计算质心时基本上没有权重。假定九大行星全部位于太阳的一侧，并且排列在一条直线上 (这就是所谓的九星连珠)，在这种情况下，太阳系的质心在哪里呢？把它计算出来，未尝不是一件有挑战性的事情。
