Η μελέτη των πλανητών, των αστέρων, των γαλαξιών, του Σύμπαντος, αλλά και των ιδιοτήτων της ύλης από την οποία αποτελούνται είναι το αντικείμενο της εργασίας του. Ο αστρονόμος ασχολείται με τη συλλογή και την επεξεργασία στοιχείων που παρέχουν πληροφορίες για την κατανομή, την κίνηση, τις φυσικές ιδιότητες, τη σύσταση και την εξέλιξη της ύλης στο Σύμπαν, καθώς και για τη δομή του Σύμπαντος ως ολότητας. Ο αστροφυσικός εξετάζει τη χημική σύσταση και τα φυσικά χαρακτηριστικά των ουράνιων σωμάτων, καθώς και τις συνθήκες σ’ αυτά και τον περιβάλλοντα χώρο, εφαρμόζοντας μεθόδους από τη θεωρία της Φυσικής. Ο αστρονόμος - αστροφυσικός μελετά το μέγεθος και το σχήμα της Γης, τις ιδιότητες της ατμόσφαιρας και της μεσοαστρικής ύλης, υπολογίζει τις θέσεις των πλανητών, την τροχιά των κομητών, των αστεροειδών και άλλων ουράνιων σωμάτων με τη μέθοδο της αναλυτικής παρατήρησης, στατιστικών μελετών και τη χρήση πολύπλοκων φωτογραφικών τεχνικών και ειδικών οργάνων, όπως το τηλεσκόπιο και ο αστρογράφος.