أجرى علماء الفلك الأوائل ملاحظات منهجية للسماء في المساء، حيث تم اكتشاف تحف فلكية خلال فترات مبكرة جداً. ومع ذلك، كان من الضروري اختراع التلسكوب قبل أن يتطور علم الفلك ليصبح من العلوم الحديثة. شمل علم الفلك تخصصات متنوعة على مر التاريخ مثل القياسات الفلكية، والملاحة الفضائية، وعلم الفلك النسبي، ووضع التقاويم، وعلم التنجيم، ولكن علم الفلك الاحترافي يعتبر مرادفاً لعلم الفيزياء الفلكي.
منذ القرن العشرين انقسم مجال علم الفلك إلى فرع علم الفلك الرصدي وعلم الفلك النظري. ويركز علم الفلك الرصدي على استخدام المراصد على الأرض والمراصد الفضائية لتجميع الصور وتحليل البيانات باستخدام أجهزة للرصد مثل التلسكوب وتلسكوب الأشعة تحت الحمراءوتلسكوبات الأشعة السينية وأشعة غاما. بينما يهتم علم الفلك النظري بصياغة نظريات وتطوير نماذج للعمليات الفيزيائية التي تجري في مختلف الأجرام السماوية من نجومومجرات وتجمعات المجرات وانفجارات أشعة غاما التي تحدث في بعض النجوم، وحسابها بالحاسب الآلي أو النماذج التحليلية في محاولات للتوفيق بين الحسابات مع ما تؤتي به القياسات لفهم وتفسير مختلف الظواهر الفلكية وتأثيرها على الأرضوالإنسان. يكمل الفرعيين بعضهما البعض، حيث يسعى علم الفلك النظري إلى تفسير النتائج الرصدية والظواهر الفلكية، وتكون المشاهدة العملية التي نحصل عليها من الرصد هي الحاكم على صحة النتائج النظرية.
الأجرام القريبة من الأرض هي أجرام سماوية صغيرة نسبياً تمر مداراتها حول الشمس بنقاطٍ قريبة من كوكب الأرض. حسب التعريف الرسمي، يجب أن يدنو مدار أي جرمٍ إلى مسافة 0.3 وحدة فلكية (نحو 45 مليون كيلومتر) على الأكثر من الكرة الأرضية حتى يحوز لقب "جرم قريب من الأرض". تشمل هذه الأجرام جميع أنواع الأجسام التي تسير في الفضاء القريب من الأرض، بما في ذلك آلاف الكويكبات (تدعى اختصاراً NEAs)، وبعض المذنبات، والنيازك التي تكون كبيرة كفايةً لرصدها قبل سقوطها على الأرض، وحتى مركبات فضائية بشرية الصُّنع تدور حول الشمس. أصبحت الأجرام القريبة من الأرض محطَّ اهتمامٍ علمي متزايد منذ الثمانينيات، وذلك لازدياد إدراك العلماء للخطر المحتمل الذي يمكن أن تشكّله على الأرض في حال اصطدمت بها، وتجري حالياً مشاريع بحثيَّة عديدة لإيجاد حلولٍ في حال حدوث خطر اصطدام. سجلَّ علماء الفلك حتى الآن حوالي عشرة آلاف جرمٍ قريب من الأرض، تُصنَف 99% منها على أنها كويكبات، والباقي من المذنبات. عندما يكتشف كويكب جديدٌ منها، فإنَّ بياناته تُرسَل مركز الكواكب الصغيرة التابع للاتحاد الفلكي الدولي (الواقع في مركز هارفارد-سميثونيان للفيزياء الفلكية)، حيث تجري فهرسة الكويكب وتسجيله رسمياً. وتعتبر هذه الكويكبات خطراً على الأرض عندما يوجد أن مداراتها تتقاطَع مع مدار الأرض حول الشمس.
... أن الضوء يستغرق سنوات حتى يصل إلينا من الأجرام البعيدة، وهكذا فنحن نرى المظهر الذي كانت تبدو عليه بالماضي. فالنجم الذي يبعد عنا خمس سنوات ضوئية يحتاج ضوؤه إلى خمس سنوات للوصول إلينا.
... أن الطيف المرئي بألوانه السبعة لا يُشكل إلا جزءاً صغيراً من طيف الضوء الكامل (الطيف الكهرومغناطيسي)، حيث لا يُمكن للعين البشرية إلا رؤية جزء صغير من الأطوال الموجية للضوء. ومن المفيد أحياناً استخدام أطوال موجية أخرى لرصد الأجرام السماوية. (انظر أيضاً: علم الفلك للأشعة السينية).
