Phần lớn các ngành quan sát của vật lý thiên văn đều dựa trên phổ sóng điện từ:

Ngành thiên văn vô tuyến nghiên cứu các bức xạ có bước sóng lớn hơn vài milimet. Sóng vô tuyến thường được phát ra bởi các vật thể lạnh, bao gồm cả các khí và các đám mây bụi trong không gian. Bức xạ viba nền và sự dịch chuyển về phía đỏ đã minh chứng cho lý thuyết Big Bang, các Pulsar cũng được phát hiện ở tần số của sóng viba. Việc nghiên cứu các sóng này đòi hỏi phải có những kính thiên văn vô tuyến rất lớn.

Ngành thiên văn học hồng ngoại nghiên cứu các bức xạ có bước sóng dài hơn bước sóng thuộc vùng nhìn thấy, nhưng ngắn hơn bước sóng của sóng viba. Ngành thiên văn học hồng ngoại thường sử dụng các kính thiên văn tương tự như kính thiên văn quang học. Các vật thể lạnh hơn các sao (chẳng hạn như hành tinh) thừong là đối tựong chính của ngành này.

Ngành thiên văn quang học là ngành lâu đời nhất của thiên văn học, những chiếc kính được trang bị bộ cảm biến hình ảnh hoặc kính quang phổ là loại thường được sử dụng nhất]]. Vì khí quyển của Trái Đất gây ảnh hưởng lên các quan sát bằng quang học, nên kính viễn vọng không gian được đưa vào sử dụng, nhằm tạo ra các bức ảnh có chất lựong cao nhất. Ở khoảng cách này, các ngôi sao và nhiều quang phổ của chúng được quan sát rất rõ, tạo điều kiện cho nghiên cứu thành phần hóa học của sao, thậm chí của các thiên hà.