Nukleosintesis Big Bang
Parameter kunci dalam menghitung efek "BBN" adalah jumlah foton per baryon. Parameter ini berhubungan dengan temperatur dan kerapatan alam semesta awal sehingga kondisi di mana fusi nuklir terjadi dapat ditentukan. Selanjutnya kita dapat menurunkan kelimpahan elemen. Perhitungan berdasarkan teori Big Bang yang kita yakini saat ini, peristiwa "BBN" menghasilkan sekitar 75% H-1, sekitar 25% helium-4, sekitar 0.01% deuterium, sedikit lithium dan berilium, dan tanpa elemen-elemen berat yang lain. Kelimpahan yang teramati saat ini konsisten dengan jumlah tersebut sehingga merupakan salah satu bukti yang mendukung teori Big Bang. Persentase kelimpahan ini merupakan presentasi massa.
Astrofisika teoretis
Topik-topik yang dipelajari astrofisikawan teoretis termasuk: dinamika bintang; pembentukan galaksi; struktur zat berskala besar di alam semesta; asal sinar kosmik; relativitas umum dan kosmologi. Relativitas astrofisika berjalan sebagai alat untuk mengukur sifat struktur skala besar yang mana gravitasi memainkan peran penting dalam fenomena fisika yang diamati dan berjalan sebagai dasar untuk ("astro")fisika lubang hitam dan studi gelombang gravitasi.