Tähtitiede
Toinen luonteva jaottelu voidaan tehdä havainnoissa käytetyn aallonpituusalueen mukaan:Osa tähtitieteestä on teoreettista eli ei suoraan havaintoihin perustuvaa. Teoreettisen tutkimuksen kohteita ovat muun muassaMyös Maahan saapuvien neutriinojen, gravitaatiosäteilyn, kosmisen säteilyn sekä meteoriittien tutkimus voidaan laskea tähtitieteeksi. Astrofysiikka on tähtitieteellisten kohteiden fysikaalisia ominaisuuksia, kuten tiheyttä, kemiallista koostumusta, lämpötilaa ja painetta tutkiva tähtitieteen haara. Astrobiologia puolestaan tutkii elämää ja sen synnyn mahdollisuuksia maailmankaikkeudessa.
Havaitseva kosmologia
Havaitseva kosmologia () on kosmologian haara, jossa keskitytään havaintojen järjestämiseen. Havainnoissa pyritään havaitsemaan maailmankaikkeuden rakennetta tarkoituksena saada tietoa sen alkuperästä ja kehityksestä. Havaitsevan kosmologian perustyökaluja ovat erilaiset kaukoputket, joilla havaitaan taivaankappaleiden lähettämää sähkömagneettista säteilyä. Koska Maan ilmakehä vaimentaa ja muuttaa tulevaa säteilyä, joudutaan havaintolaitteita viemään avaruuteen erilaisilla avaruusaluksilla. Tällöin havaintolaitteistosta käytetään yleisnimitystä avaruustutkimusasema tai avaruusobservatorio.