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与建立在实践与实验分析基础之上的几乎所有物理学科不同，天文学是一门观测科学，它主要依靠观测和研究星体的光线—也可以说是电磁波，这样听起来更奇妙。
电磁波按照波长逐渐变长，分成从伽马射线到无线电波的不同波段
注：1米=10 3 毫米=10 6 微米=10 9 纳米=10 12 皮米=10 15 飞米
今天，天文学家还有更多获取宇宙信息的手段，来发展和完善他们的研究。他们已经开始采集中微子和引力波，来探测那些目前还仅靠研究电磁波而发现的某些太空区域。
天空还有向我们提供信息的其他手段，但这些都难以触及，如宇宙射线和陨星。宇宙射线提供了这些射线在加速穿过某些地点及通过某些空间的一些宝贵线索。陨星则构成了一座不可取代的信息宝库，尽管它只适于研究太阳系。当然还有一些通过一系列星际飞行进行的探测研究所获得的信息。
直到20世纪中期，天文学家们才根据电磁波获得了唯一的一幅有限的天空图景，这一小段波谱图很像眼睛的视网膜能感觉到的那部分光线。天文学家对这一小部分光谱带的兴趣只集中在其中的那些活跃星体，即在他们的观测范围里排除了那些在可见光波段里不发光、但却在其他波长区域产生强光的星体。该情形刚好是与太阳温度有很大不同的所有环境，因为太阳的光照已经被我们的眼睛所接受，而其他环境则温度较低，如一些星云，或者温度更热，如环绕黑洞的盘状物质。
天文学家通过使用基于第二次世界大战期间研制的雷达原理的技术方法，在无线电波的波谱段进行观测之后，最后的人类中心主义学说终于在20世纪40年代末崩溃瓦解了。但是大气层这层不透明的屏障仍然阻挡了大部分射线的穿透。在地球上进行天文学研究，只能延伸到靠近波长较大的一侧的那几段可见光谱段。
根据无线电波到伽马射线的不同光谱段，要想接收到某一天体所发射的至少一半的光波，所必须要达到的海拔高度
由1957年10月发射第一颗人造卫星而引发，直到1980年年底结束的美国和苏联之间的太空竞赛，致使太空技术得到突飞猛进的发展。天文学家们也借此机会把各种相应的仪器送到大气层之外，用来研究范围更广的各种射线。随之而建的地面和太空观测站，从短波长的无线电波到更加强大的伽马射线，进一步完善了对宇宙的观测。至此，天文学发生了翻天覆地的变化，比当年伽利略对着天空架起望远镜更蔚为壮观。