由于大多数天体离我们太远，无法进行实地考察，我们必须依靠这些天体的电磁辐射（光）来研究它们。电磁波的不同波长提供了各种天文学机制和天体特征的信息。在现代天文学中，我们使用整个电磁光谱来研究宇宙：无线电，微波，红外线，可见光，紫外线，X射线和伽马射线。尽管在一般情况下，“光”这个字仅指可见光，但在天文学中，光指所有电磁辐射。

平均而言，天体不带净电荷。这些物体在长距离上相互作用的主要方式是引力。引力使行星绕太阳运行，使恒星绕星系中心运动，并使恒星炽热的等离子保持球形。大多数天文现象都用牛顿的万有引力定律来描述，但是在最极端的情况下，需要爱因斯坦的广义相对论来提供准确的描述。

引力波——时空的涟漪——是20世纪初期根据广义相对论预测的。2015年首次实现了引力波的直接探测，科学家们现在可以将它们用作研究宇宙的新窗口。引力波是由强大的引力相互作用产生的，例如两个大质量黑洞或中子星的合并。天文学家还探测到了各种亚原子粒子，例如中微子，电子或质子，以了解我们的太阳内部以及宇宙中一些最活跃的过程。

天文学家为天体及其相关现象和演化建立了数学模型。这些模型的框架由物理和化学的基本理论搭建而成。一些模型包含了基本的数学关系，而更复杂的模型利用到了数值模拟。最复杂的模拟在世界上一些最大的超级计算机上运行。来自望远镜和探测器的观测数据可被用于测试和完善模型。观测证据与模型之间的相互论证是探索发现的重要方面。

专业的天文研究结合了数学，物理学，化学，工程学，计算机科学以及其他领域的知识。事实证明，这种广阔的视野对于揭示和模拟天文物体和现象的本质至关重要。例如，要了解恒星内部发生的核反应，科学家需要核物理学；为了检测恒星大气中的元素，需要化学；工程技术对望远镜和探测器的制造至关重要；软件的定制开发对于分析这些仪器提供的数据不可或缺。

由于对天文物体和现象的准确描述建立在其他科学领域的基础之上，现代天文学通常根据其所涉及的主题按专业划分。包括：天体生物学，宇宙学，观测天文学，天体化学和行星科学。天文学家还可以选择仅研究某个特殊物体，例如白矮星。考虑到物理学在天文学中的重要作用，“天体物理学”和“天文学”这两个术语可以互换使用。

月球是距离地球最近的天体，距离约384,400千米。我们的太阳直径为139万千米，质量约为（1989thousandtrilliontrillion=198。9万亿亿亿？）198.9万亿亿亿千克，是距地球最近的恒星，距离约为1.5亿千米（这就是天文单位au的定义）。最接近太阳的恒星是半人马座比邻星ProximaCentauri，它离我们约4.25光年。一光年是光在真空中传播一年的距离，超过9万亿公里。我们星系的直径为100,000-120,000光年，而其他星系与我们的距离可能达到数十亿光年。天文学的单位比我们想象的要大得多。天文学的时间尺度很长，几百万或数十亿年的年龄是典型的。

天体的某些特征只能通过它们的光谱来研究-它们的光像彩虹一样被分解成无数种不同的颜色，每种颜色都代表着光的一种波长。通过分析从这些物体收集的光，天文学家可以确定其元素组成，温度，压力，磁场，以及其他细节特征。