由于电磁波是天文学的主要信息来源，因此在收集和分析这些波时，望远镜和探测器起着重要作用。较大的望远镜可以收集更多的光，使天文学家能够识别和分析非常暗弱的物体。较大的望远镜也具有更大的分辨能力，使天文学家可以更详细地研究其目标物体的细节。早期的天文观测是通过人员直接通过望远镜观察来进行，如今天文学家则使用探测器在许多不同的波长上客观地记录观测结果。

天文学家可以通过一种被称为干涉测量的技术，将许多望远镜组合在一起，使它们像一台大望远镜一样工作。从分辨率上讲，组合出的望远镜直径将等同于小望远镜们之间最大的距离。这使天文学家可以看到天体中更小更精细的细节，并且可以区分诸如恒星及其行星系统之类的独立物体。

地球的大气层吸收了电磁波谱中的大部分辐射。它对可见光、一些紫外线、红外线以及短波射电是透明的，但在其他波段则大部分是不透明的。大多数紫外线波段和大部分红外线以及X射线无法穿透大气层。因此，若要收集除可见光，射电和少量其他波段以外的光，望远镜必须被放置在太空中。尽管可以在地表接收到可见光，但是地球大气的湍流会影响图像的质量，因此一些光学望远镜也被放置在太空中。

地球上只有很少的地方拥有高海拔、无光污染、大气对某些波长透明的纯净天空。这些位置通常条件恶劣，难以到达，并且与大型人类居住地相距甚远。天文学家要么亲自前往这些地点进行观测，要么让经验丰富的当地望远镜操作员为他们提供帮助，要么使用可以远程操作的自动望远镜。

天文巡天已经产生了大量的数据，并且在未来几年中将继续大大增加。这种进展被称为“大数据天文学”，其重点是寻找新颖的方法来存储、传输和分析这些数据。这促进了各种公众科学项目的发展，以利用人类敏锐的图案识别能力。另一方面，现代望远镜和仪器价格昂贵，并且建造它们需要各种技术技能。在这个“大科学”时代，它们通常由包含来自不同国家的众多天文研究机构的国际组织或联合体建造，。

处理来自模拟和观测的大量数据需要计算机能够在短时间内执行复杂的模拟计算。目前超级计算机每秒可以执行的计算数量级为十的十七次方。这些超级计算机使天文学家可以创建模拟的宇宙，并将其与大规模巡天的观测结果进行比较。

大多数专业天文台提供的数据是公开可用的。在职业生涯中，天文学家通常会在不同的国家工作。从望远镜和仪器的建造到协调观测，大型天文项目通常是在不同国家的研究人员和研究所之间合作完成的。天文学是全球化和国际化的，我们都是“地球飞船”的机组人员，在同一片天空下探索宇宙。

为了探索和了解我们在宇宙中的位置，我们一直在向整个太阳系发送探测器。其中一些绕行星，卫星甚至是小行星运动，而另一些则降落在这些物体上。在太阳系中，探测器曾探访（着陆，绕行或飞越）过所有行星、矮行星冥王星和谷神星、我们的月亮以及木星和土星的其他卫星、彗星、小行星。