يمتص الغلاف الجوي للأرض معظم الأشعة السينية القادمة من الفضاء، ولذلك لا تستطيع التلسكوبات الموجودة على سطح الأرض رصدها مباشرةً. ويعتمد علم فلك الأشعة السينية أساساً على الأقمار الاصطناعية والمراصد الفضائية، إلى جانب الصواريخ البحثية والبالونات العالية لبعض القياسات، ومن المراصد التاريخية المهمة القمر الألماني «روزات» الذي عمل خلال تسعينيات القرن ٢٠.

تتولد الأشعة السينية في الفضاء من الغازات والبلازما التي ترتفع حرارتها إلى أكثر من ١ مليون درجة مئوية، كما يحدث في هالات النجوم وبقايا المستعرات العظمى والعناقيد المجرية. وتؤدي الحركة الحرارية السريعة للإلكترونات وتصادمها بالأيونات إلى إصدار إشعاع سيني يكشف للفلكيين درجات الحرارة والكثافة والتركيب الكيميائي لهذه البيئات شديدة السخونة.

الأشعة الكونية جسيمات عالية الطاقة تأتي من الفضاء الخارجي وتضم بروتونات وإلكترونات ونوى ذرية، وتتحرك بسرعات قريبة من سرعة الضوء. تنشأ من مصادر كونية مثل النجوم المنفجرة والمنبضات والشمس، وتتحول عند اصطدامها بالغلاف الجوي إلى أشعة ثانوية وجسيمات تحت ذرية تصل إلى سطح الأرض بقدر محدود. أسهمت دراستها في فهم فيزياء الجسيمات والفضاء والظروف البعيدة في المجرات، كما يرتبط أثرها بالإشعاع الفضائي وحماية المركبات ورواد الفضاء.

غازات الدفيئة غازات موجودة في الغلاف الجوي تمتص الأشعة تحت الحمراء التي تفقدها الأرض، فتقلل خروج الحرارة إلى الفضاء وتساهم في تسخين الجو وحدوث الاحتباس الحراري. تشمل هذه الغازات ثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروز وبخار الماء ومركبات صناعية أخرى، وتنتج من مصادر طبيعية وبشرية مثل حرق الوقود الأحفوري والصناعة والزراعة وإزالة الغابات. تؤدي زيادة تركيزها بفعل النشاط الإنساني إلى الاحترار العالمي وتغير المناخ وما يرتبط بهما من ارتفاع درجات الحرارة واضطراب الأمطار وذوبان الجليد وتهديد النظم البيئية. كما ترتبط بعض المركبات الصناعية، مثل مركبات الكلوروفلوروكربون، بتلف طبقة الأوزون إضافة إلى آثارها المناخية.

دُرس "أورنيثوبريون" أساساً بالاعتماد على الأشعة السينية لحفرياته، إذ أتاحت هذه التقنية فحص بنيته الداخلية والكشف عن تفاصيله التشريحية من دون إتلاف العينات الأحفورية. وقد كان هذا الأسلوب مهماً في دراسة الكائنات القديمة التي لا تسمح حالتها بالحصول على معلومات كاملة بالطرق التقليدية، لأن الصور الشعاعية تكشف ما يخفيه الصخر عن الأجزاء الدقيقة المحفوظة داخل الحفرية.