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.
Astrofysiikka
Alun perin astrofysiikalla tarkoitettiin tähtien rakenteen tutkimusta, mutta nykyään termi kattaa suurin piirtein kaikki nykyaikaisen tähtitieteen tutkimusalat lukuun ottamatta taivaanmekaniikkaa ja positioastronomiaa. Tähtitieteilijää nimitetään usein etenkin englanninkielisillä alueilla tutkimusalasta riippumatta astrofyysikoksi. 
Astrofysiikan syntyyn vaikutti ratkaisevasti saksalaisen optikon ja fyysikon Joseph von Fraunhoferin vuonna 1814 havaitsemat tummat viivat Auringon spektrissä. Noin vuonna 1860 havaittiin, että tummien viivojen aallonpituudet vastasivat laboratoriossa eri alkuaineita polttamalla aikaansaatuja spektriviivoja. Tämä havainto mahdollisti ensi kertaa taivaankappaleiden kemiallisten ominaisuuksien tutkimisen.