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早期的天文望远镜只做目视观测，终端设备也只有目镜。后来，随着科学技术的不断发展，终端设备逐渐增加了摄影系统、光电光度计、光谱仪、电荷耦合器件（CCD）等等。
目镜与物镜一起组成了目视的望远镜。由于天体距离我们十分遥远，我们可以把天体射来的光束都看做是平行光。平行光束射入物镜以后聚焦在物镜的焦平面上，这个焦平面同时也是目镜的焦平面。光束通过目镜以后又以平行光束进入人的眼睛，并成像在人眼视网膜上，被人眼所接收。
摄影技术是19世纪二三十年代由法国的艺术家发明的。1840 年，美国化学家德雷珀将照相机对准月亮，拍到了人类的第一张天体照片。以后，天文学家将照相技术逐步引入天文学的各个领域，使摄影系统成为天文望远镜上一种十分重要的终端设备。
与目视观测相比，照相观测具有许多优越性。首先，它能将宇宙中瞬间发生的现象客观地、真实地记录下来，并可长期保存，供人们分析、研究和交流；其次，由于照相底片具有积累效应，有些目视观测看不见的暗弱天体，却可以通过长时间的曝光在底片上显现出来，用小望远镜得到了大望远镜的效果。因此，在现代各种高科技手段尚未问世之前，照相技术在天文观测中得到了十分广泛的应用，而且人们也通过照相方法获得了弥足珍贵的天文发现，如日珥、冥王星、小行星等等。
19世纪末期，物理学家发现光照射到某些物质上能产生电流，入射光的强弱变化也会引起电流的强弱变化，这种现象称为“光电效应”。光电倍增管就是根据这一现象制造出的光电转换器件。20世纪初期，测量天体的光度及其变化的光电光度计就是将光电倍增管作为天文望远镜的终端设备。光电光度计可设计成单通道、双通道和多通道。它们的原理都是相同的，只是通光孔的数目不同，测量的精度和速度也有所不同。现代的光电倍增管可以将由光转化来的电流放大几亿倍至几百亿倍，使光电光度计测光的灵敏度达到0.001 星等，大大超过了照相底版，成为现代天文学中观测天体的一种有力手段。
天体光学波段的辐射呈现连续谱的形式，但是有一个明显的峰值，峰值处的波长由天体表面的温度决定。在连续谱上还叠加了很多线状光谱，一种是明亮的线，称发射线；一种是暗黑的线，称吸收线。发射线和吸收线由天体的化学成分决定。天体的许许多多奥秘都隐藏在它们的光谱中。
获得天体光谱的仪器叫光谱仪，也叫摄谱仪。摄谱仪由狭缝、准直镜、色散元件、成像镜及底片组成。狭缝的作用是从望远镜收集到的天体光束中取出一小条光；准直镜是将这一小条光变成平行光束；色散元件可以是棱镜也可用光栅，它的作用是将平行光束分解成彩色光谱；成像镜的作用是将彩色光谱成像在它的焦平面上；放在焦平面上的照相底片就可以获得光谱的像了。假如用光电接收元件代替底片，就变为灵敏度大为提高的光电分光仪。
CCD是英文charge-coupled device（电荷耦合器件）的缩写。由极薄的硅晶片制成，硅片被分成几百万甚至几千万极其微小的单元，称为像素。当入射的光子撞击到一个像素上，光子立即转变为电子并被传输到输出端的记录器上。由计算机处理把各个像素上来的信息转换成图像。这些器件可以探测出从蓝光到红光波长范围内的光线，CCD在观测效率上比照相底片有了很大的进步，它们记录光源亮度的准确度比照相底片要大得多。因此CCD是天文学研究当今理想的终端设备。目前CCD技术已被用到数码相机上，走进了千家万户。