天文学的研究方法主要依靠观测。不断的创造手改革观测手段，也就成为天文学家一个致力不懈的课题。宇宙中的天体浩瀚无际，而且天体离开我们越远看起来也越暗弱。因此，观测设备的功能越强，研究暗弱目标的能力就越强，人的眼界就能深入到更辽阔的天文领域。
从20世纪开始，直径2～6米的大型光学望远镜的发展，尤其是近三四十年来射电天文学和空间天文学的相继诞生，使天文观测手段不但具有空前的探测能力和精度，而且使天文学的领域扩展到整个电磁波段。十分明显，我们的时代正在经历着天文学的一次新的巨大飞跃。
观测手段的飞跃使天体物理学进入空前活跃的阶段。如果说天体物理学在它诞生之初就对物理学做出某些贡献，那么最近天文学上接连发现的新现象，可以说给物理学以一连串的冲击。像红外源、分子源、天体微波激射源的发现对恒星形成的研究提供了重要的线索；脉冲星、X射线源、γ射线源的测定，则推动了恒星演化的研究；星际分子的发现，吸引了生物学界和化学界的注意；类星体、射电星系和星系核活动等高能现象的发现，对以往的物理学规律提出了尖锐的挑战；结合各种类型星体观测资料的积累和分析，星系演化到和大尺度宇宙的观测研究也已提到日程上来。
◆各类天全的起源和演化
天文学研究中的一个重大课题是各类天体的起源和演化。在我们观测到的天体中，千万岁的年龄是很年轻的。太阳的年龄约为50亿年，也只是一个中年的恒星。人类的文明史至今也不过几千年，而一个天文学家终其一生也不过是几十年。所以从短暂的观测来探讨天体百亿年的演变历史，应当说是天文学研究的又一特点。
一个天体的物理特征，除了反应出它的基本结构以外，还可以反映出它所处的演化阶段。天体的信息是通过光的辐射传给我们的。对于遥远的天体，光在旅途中要经历漫长的时间，比如对于离我们一亿光年的天体，光要用一亿年才能送来它的信息，而我们看到的是它一亿年前的形象。
这样，我们所观测到的许许多多天体，展示给我们的是时间上各不相同的“样本”。特别是河外星系，代表着从百万年到上百亿年前的各种“样本”，包含着上百亿年的演化线索。因此通过统计分类和理论探讨，我们就可以建立起天体演化的模型。
太阳和太阳系
太阳是太阳系的中心天体，占太阳系总质量的99.86%。太阳系的其他成员是：行星、小行星、彗星、流星，它们都围绕着太阳旋转。
从天文学的角度看，地球是一颗适于生物存在和繁衍的星体。虽然我们相信宇宙中还会有千千万万个能够繁衍生命的星球，但以目前的科学水平，我们还不能发现它们。作为行星，地球只是太阳系的一个普通成员。它的物理结构和化学组成虽然有自己的特点，但并不特殊。
连地球在内，太阳系内已经被发现的有九大行星，从离太阳最近的算起，依次为：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。它们都沿着同一方向自西向东绕着太阳转动，轨道都是椭圆的。大多数行星的轨道，都大致在同一平面上。冥王星离太阳最远，轨道直径约120亿公里。但太阳系的疆界可能还要遥远得多。
除了水星和金星，太阳系的行星周围都有卫星。地球的卫星是月球，直径约3500公里，在太阳系里算是一个大型卫星。到目前为止，已经确知的卫星共有34颗。
小行星是太阳系里较小的天体，已经发现并正式命名的有两千多颗，其中最大的一颗——谷神星，直径约为1000公里。大部分小行星分布在火星和木星的轨道之间。
彗星也是太阳系中质量较小的天体。绝大多数彗星沿着非扃的椭圆轨道绕日运行。它靠近太阳时显得十分明亮，而且拖着一条扫帚形的尾巴。
流星体是太阳系内更小的天体，流星体是固态的，也绕着太阳运转，但轨道千差万别。它们进入地球大气层时，由于速度很高，同地球大气的分子碰撞而发热、发光，形成明亮的光迹，划过太空，称为流星现象。绝大部分流星体在落到地面以前时化为气体，也有一些比较大的或特别大的在大气中没有耗尽，落到地面上就是陨石。
太阳是地球上光和热的源泉。从天文学的观点来看，它作为离我们最近的一颗恒星而占有特殊的地位。作为恒星来说，太阳很普通又很典型。它在各类恒星中不算亮也不算暗，不大也不小。太阳的中心处在很高的压力下，温度约1500万度。那里的高温高压条件导致热核聚变，每秒钟释放的能量可供地球上按现在的消费水平使用1000万年。这种能量中的主要部分，辗转经历千万年的时间才传到太阳表面，然后辐射到周围的空间中去。
太阳表面经常出现的以黑子和磁场为标志的太阳活动，是宇宙电动力学现象的一个重要现象。这种活动趋于剧烈时便发生耀斑现象，表现为各种波长的电磁辐射的突增和“高”能量质点的抛射。这是天文世界中极为重要、极其复杂的能量聚集、存储、引发和释放过程的一个特写。尽管这在恒星世界中还属于很小规模的活动。
◆银河系与河外星系
夏夜仰望天空，可以看到横贯天空的银河。从望远镜里看去，银河带实际上是由千千万万颗星星组成的。这个庞大的恒星集团取名为银河系。在银河系里，大部分恒星集中在一个扃球状的空间范围内，侧面看上去像一个铁饼。人们肉眼看到的银河正是这个“铁饼”的一部分投影。在银河系里，恒星的总数在千亿颗以上，此外还有各种类型的银河星云、星际气体和尘埃。
银河系以外还有许许多多同银河系规模相当的庞大天体系统，它们曾形象地被称为“宇宙岛”，一般称为河外星系，简称星系。
星系也聚成大大小小的集团，有双重星系、多重星系以至星系团。用目前最大的望远镜可以观测到数以十亿计的星系，其中离我们最远的估计达150亿光年。
河外星系按它们的形态可以分为椭圆星系、漩涡星系和不规则星系。它们的演化历程目前尚无定论。河外星系的观测使天文学研究的范围扩展到以百亿光年为尺度的广阔空间，使我们对大尺度空间中的物理状态有了实测的基础，成为现代宇宙学的一个支柱。