Astronomía observacional
Como ciencia, el estudio de la astronomía se ve algo obstaculizado por el hecho de que los experimentos directos con las propiedades del universo distante no son posibles. Sin embargo, esto es parcialmente compensado por el hecho de que los astrónomos tienen un vasto número de visibles ejemplos de fenómenos estelares que pueden ser examinados. Esto permite que los datos de observación se puedan representar en gráficos y tendencias generales. Ejemplos cercanos de fenómenos específicos, como las estrellas variables, puedan entonces ser utilizadas para inferir el comportamiento de este tipo de estrellas que se hallan mucho más alejadas. Estos puntos de referencia pueden por lo tanto ser empleados para medir otros fenómenos en ese vecindario, incluyendo la distancia a una galaxia.
Astrofísica teórica
La astrofísica teórica es la rama de la astrofísica que busca explicar en términos físicos los fenómenos observados por los astrónomos. Con este propósito, los astrofísicos teóricos crean y evalúan modelos para reproducir y predecir las observaciones. En la mayoría de los casos, intentar entender las implicaciones de modelos físicos no es fácil y exige mucho tiempo y esfuerzo. Entre los temas estudiados por la astrofísica teórica se encuentran los siguientes:La astrofísica teórica usa una gama de herramientas, que incluyen modelos analíticos y simulaciones numéricas. Cada una tiene sus ventajas. Los modelos analíticos (como por ejemplo los politropos que explican el comportamiento de una estrella) son mejores para obtener un mayor entendimiento de la esencia de un proceso físico. Las simulaciones numéricas se usan para estudiar sistemas descritos por ecuaciones muy complicadas, lo que puede revelar fenómenos que serían imposibles de calcular a priori en forma analítica. Algunos ejemplos de dichos procesos se pueden ver en la siguiente tabla: