الفيزياء الفلكية علم يطبق مبادئ الفيزياء على الأجرام السماوية والنظام الشمسي والنجوم والمجرات والكون كله، بهدف فهم طبيعتها المادية وأصلها وتطورها. يعتمد هذا العلم على التلسكوبات البصرية والراديوية ومراصد محمولة بالمناطيد والصواريخ والمركبات الفضائية لدراسة أنواع مختلفة من الموجات الكهرومغناطيسية، ومنها الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والراديوية وفوق البنفسجية والسينية وجاما. يتيح التحليل الطيفي معرفة كثافة النجوم وحرارتها وعناصرها الكيميائية، كما يساعد قياس التحول الأحمر في تقدير حركة النجوم والمجرات، وقد دعم هذا المبدأ فكرة تمدد الكون ونظرية الانفجار العظيم. ويدرس علماء الفيزياء الفلكية أيضاً الأشعة الكونية والجسيمات عالية الطاقة لفهم العمليات النووية في الشمس والنجوم النابضة والمستعرات فائقة التوهج.