Quando olhamos para o céu noturno, longe da poluição luminosa das cidades e durante uma Lua Nova ou quando a Lua não se encontra no céu, podemos ver aproximadamente 4000 estrelas a olho nu. Todas as estrelas que observamos a olho nu pertencem à nossa galáxia. Apesar de existirem milhares de milhões de estrelas noutras galáxias e biliões de galáxias no Universo observável, estas estrelas estão demasiado distantes e são assim demasiado ténues para que os nossos olhos as distingam como pontos de luz individuais. Dependendo da nossa localização na Terra e do momento da observação, os cinco planetas mais brilhantes do Sistema Solar, a faixa da Via Láctea, duas galáxias satélite da Via Láctea (a Grande e a Pequena Nuvem de Magalhães) e a galáxia de Andrómeda (uma grande galáxia espiral) também são visíveis a olho nu

Olhar para cima, para o céu noturno, permite-nos encontrar as direções cardeais. No hemisfério norte, a maneira mais fácil de encontrar o norte é procurar a estrela Polar (Polaris), também conhecida como a estrela do norte, que se encontra muito próxima do polo norte celeste. A maneira mais fácil de encontrar a estrela Polar é através das constelações da Ursa Maior e da Ursa Menor. No hemisfério sul, a estrela Sigma Octantis, que é a estrela mais próxima do polo sul celeste, não é facilmente visível. Contudo, um método rápido para encontrar o sul é utilizar a constelação do Cruzeiro do Sul (Crux) e as duas estrelas mais brilhantes da constelação do Centauro.

Ao rodar sobre o seu eixo, a Terra move-se como um pião a girar. A direção do seu eixo de rotação muda numa lenta precessão com um período de 26 000 anos. Este movimento faz com que o eixo aponte em diferentes direções ao longo do tempo e, como consequência, os polos norte e sul celestes alteram lentamente a sua posição ao longo do tempo. Por exemplo, a estrela Polar acabará por deixar de indicar a direção do norte, embora talvez outra estrela o venha a fazer, dependendo da direção do eixo da Terra nessa altura. Apesar de atualmente não existir nenhuma estrela brilhante próximo do polo sul celeste, no futuro teremos uma “estrela do sul” propriamente dita!

A maioria dos objetos no céu noturno são demasiado ténues para serem observados num céu brilhante, iluminado pelo Sol. Um efeito semelhante ocorre à noite nas cidades onde, devido à poluição luminosa, conseguimos ver apenas uma pequena fração das estrelas, como consequência da luminosidade do céu causada pela luz artificial. Apenas alguns corpos celestes são suficientemente brilhantes para serem vistos a olho nu quando o Sol está acima do horizonte. Dependendo da sua fase, é possível ver a Lua durante o dia. Em algumas alturas, Vénus pode ser observado de manhã (“estrela da manhã”), à tarde (“estrela da tarde”) e, se soubermos para onde olhar, Vénus também é visível no céu do meio-dia. Muito raramente, um cometa particularmente brilhante pode ser visível durante o dia.

Devido à rotação da Terra sobre o seu eixo de oeste para este, um observador na superfície vê todo o céu mover-se no sentido oposto, de este para oeste, aparentemente rodando à volta do nosso planeta. Este movimento aparente do céu em torno da Terra é chamado movimento diurno. Esta é a razão pela qual observamos os corpos celestes nascerem e subirem no céu na metade este do horizonte e descerem e porem-se na metade oeste.

Quando a luz de uma estrela entra na nossa atmosfera e viaja pelas suas diferentes camadas, muda constantemente de direção devido às mudanças de refração entre camadas com diferentes temperaturas e densidades. Daqui resulta que o brilho da luz de uma estrela e a direção de onde nos chega aqui na Terra estão constantemente a variar. Por isso, para um observador na Terra, as estrelas parecem cintilar. Para os planetas, o efeito é muito menos aparente (ou percetível). A razão para tal é que os planetas podem ser na realidade vistos como pequenos discos (facilmente discerníveis com binóculos, por exemplo). As estrelas, por outro lado, apresentam-se-nos como pequenos pontos de luz, e como toda a luz tem origem num só ponto, é altamente suscetível a alterações na refração.

Um meteoroide é um pequeno objeto rochoso ou metálico que varia entre o tamanho de um grão de areia e a dimensão de um metro. Quando entra na atmosfera da Terra, é aquecido por pressão de choque, criando um traço de luz no céu noturno. Este fenómeno é chamado meteoro (ou “estrela cadente”). Quando um meteoroide sobrevive à sua passagem pela atmosfera da Terra e atinge a superfície, chama- -se meteorito. Apesar de milhões de meteoros ocorrerem diariamente na atmosfera terrestre, a maioria dos meteoroides que os originam são reduzidos a gás e poeira antes de atingirem o solo.