Dziedziną nauki, która zajmuje się badaniem przestrzeni kosmicznej, jest astronomia. Astronomia obejmuje badanie ciał niebieskich, zjawisk astronomicznych oraz struktur we Wszechświecie, zarówno na poziomie planet, gwiazd, galaktyk, jak i kosmologii, czyli nauki o strukturze i historii Wszechświata. W ramach astronomii wyróżnia się specjalizacje takie jak astronomia obserwacyjna, teoretyczna czy kosmologia.