Các nhà thiên văn học sử dụng vật lý, hóa học và toán học để nghiên cứu cấu tạo của vũ trụ. Họ khám phá sự thật về các vật thể vật lý thiên văn khác bằng kính viễn vọng trên Trái đất và trong không gian, radio, máy tính và địa chất của Trái đất. Các nhà thiên văn học cũng sử dụng máy ảnh kỹ thuật số và các thiết bị tích điện để chuyển đổi dữ liệu do kính thiên văn thu được thành tín hiệu điện để nghiên cứu thêm trên máy tính.
Ánh sáng là chủ đề chính mà các nhà thiên văn nghiên cứu để cung cấp cho họ thông tin về vũ trụ. Khi ánh sáng truyền từ một vật chuyển động ra xa, nó bị chuyển dịch màu đỏ. Khi một vật thể di chuyển về phía một vật thể, ánh sáng mà vật thể phản xạ hoặc phát ra sẽ bị dịch chuyển màu xanh lam. Bằng cách đo lượng dịch chuyển ánh sáng này, các nhà thiên văn tính toán khoảng cách ánh sáng truyền đi và vị trí của vật thể trong không gian. Các nhà thiên văn hoạt động trên thực địa, thu thập các thiên thạch và điều tra các địa điểm va chạm để tìm vật chất sao chổi.
Các nhà thiên văn học là nhà nghiên cứu, giáo viên hoặc cả hai. Để chuẩn bị cho sự nghiệp trong thiên văn học, cần có các lớp vật lý và toán học mở rộng. Quan trọng nhất là mong muốn biết vũ trụ hoạt động như thế nào và sự kiên nhẫn để hiểu rằng thường phải mất nhiều thập kỷ và thế kỷ để khám phá ra những hiện tượng mới. Đại học là một yêu cầu để có được một công việc trong thiên văn học. Trên thực tế, hầu hết các nhà thiên văn học đều có bằng cấp cao và kinh nghiệm trong các phòng thí nghiệm của trường đại học.
