La majorité des observations en astrophysique sont effectuées en utilisant le spectre électromagnétique.

La radioastronomie étudie les radiations cosmiques qui ont une longueur d’onde supérieure à quelques millimètres. Les ondes radios sont généralement émises par les objets froids, comme les gaz interstellaires ou les nuages de poussière. La radiation micro-onde du fond diffus cosmologique provient de la lumière du Big Bang qui subit un décalage vers le rouge. Les pulsars ont été détectés en premier par les fréquences micro-ondes. L’étude de ces fréquences nécessite de très gros radiotélescopes.
L’astronomie infrarouge étudie les radiations dont la longueur d’onde est trop grande pour être visible et plus petite que les ondes radio. Les observations en infrarouge sont généralement faites avec des télescopes similaires aux télescopes optiques. Les objets astrophysiques qui émettent principalement dans l'infrarouge sont, essentiellement, plus froids que des étoiles, comme les planètes ou bien les galaxies infrarouges par exemple.
L’astronomie optique est la forme la plus ancienne d’astronomie. Les instruments les plus courants sont les télescopes associés à un capteur à charge couplée ou des spectroscopes. Comme l’atmosphère terrestre interfère quelque peu avec les observations faites, l’optique adaptative et les télescopes spatiaux ont fait leur apparition afin d’obtenir la meilleure qualité d'image possible. À cette échelle, les étoiles sont très visibles, et beaucoup de spectres chimiques peuvent être observés dans la composition chimique d’étoiles, de galaxies ou de nébuleuses.
L’astronomie dans l'ultraviolet, les rayons X ou les rayons gamma étudie les phénomènes très énergétiques tels que les pulsars binaires, les trous noirs ou les magnétars. Ces radiations pénètrent difficilement l’atmosphère de la Terre, il n’y a donc que deux possibilités pour les exploiter, les télescopes spatiaux et les télescopes Cherenkov atmosphériques. Le RXTE, le télescope à