Sau khi người ta phát hiện được sự tồn tại của các thiên hà bên ngoài Ngân Hà, những quan sát ban đầu hầu hết trong miền ánh sáng khả kiến. Bức xạ đỉnh của hầu hết các ngôi sao nằm ở vùng phổ này, cho nên quan sát các ngôi sao tạo nên các thiên hà đến giờ vẫn là một nguồn quan trọng của thiên văn quang học. Nó cũng là một vùng phổ thích hợp cho việc quan sát Vùng H II, cũng như cho việc kiểm tra sự phân bố những cánh tay bụi khí.

Bụi hiện diện trong môi trường liên sao làm cản ánh sáng khả kiến. Bức xạ hồng ngoại xa trở lên trong suốt hơn với nó, nên vùng bức xạ này có thể dùng để quan sát khu vực bên trong của các đám mây phân tử khổng lồ và các nhân thiên hà với độ chi tiết cao.[124] Thiên văn quan sát cũng sử dụng bước sóng hồng ngoại để thu nhận dữ liệu thiên hà có dịch chuyển đỏ lớn, vốn hình thành từ sớm trong lịch sử Vũ trụ. Hơi nước và cacbon dioxit hấp thụ khá nhiều phổ hồng ngoại, do vậy các kính viễn vọng đặt ở đỉnh núi cao hoặc đặt ngoài không gian được dùng cho thiên văn hồng ngoại.

Nghiên cứu không dùng ánh sáng khả kiến đầu tiên về các thiên hà, đặc biệt là các thiên hà hoạt động, vận dụng các tần số vô tuyến. Khí quyển gần như trong suốt với sóng vô tuyến trong khoảng từ 5 MHz tới 30 GHz. (tầng điện li ngăn chặn những tín hiệu dưới khoảng này.)[125] Các giao thoa kế vô tuyến cỡ lớn được sử dụng để dựng bản đồ các vật chất hoạt động phát ra từ các nhân thiên hà hoạt động. Kính viễn vọng vô tuyến cũng dùng để quan sát bức xạ có bước sóng 21 cm của hiđrô trung hòa, có thể bao gồm các vật chất trung hòa trong Vũ trụ sơ khai mà về sau bị suy sụp để tạo thành các thiên hà.[126]

Những kính viễn vọng trong phổ UV và tia X cho phép quan sát các hiện tượng trong thiên hà diễn ra với năng lượng cao. Một chớp cực tím sẽ xuất hiện khi một ngôi sao ở một thiên hà xa bị xé thành từng mảnh bởi lực thủy triều của hố đen.[127] Bản đồ phân bố khí nóng trong các đám thiên hà có thể lập từ việc quan sát các tia X. Thiên văn tia X đã xác nhận sự tồn tại của các lỗ đen khối lượng siêu lớn ở vùng trung tâm các thiên hà.[128]