Vật lý thiên văn, việc áp dụng các lý thuyết và kỹ thuật của vật lý hiện đại vào thiên văn học. Vật lý thiên văn bao gồm nghiên cứu về mặt trời và các ngôi sao khác, hành tinh, sao chổi, tinh vân và vũ trụ nói chung. Đây là một nhánh chính của thiên văn học, bao gồm tất cả ngoại trừ một vài lĩnh vực nghiên cứu về thiên văn học.
Một trong những kỹ thuật chính được sử dụng trong vật lý thiên văn là quang phổ. Trong quang phổ, ánh sáng được lan truyền thành một quang phổ. Quang phổ sau đó được phân tích để xác định các thuộc tính khác nhau của nguồn sáng. Ví dụ, quang phổ của một ngôi sao có thể được sử dụng để xác định thành phần hóa học, nhiệt độ, điều kiện bề mặt và tính chất từ của ngôi sao.
Ngoài ánh sáng, các nhà vật lý thiên văn còn nghiên cứu các dạng bức xạ khác do các thiên thể phát ra. Việc quan sát bức xạ hồng ngoại và sóng vô tuyến có thể được thực hiện từ bề mặt trái đất, nhưng các dạng bức xạ khác, chẳng hạn như bức xạ tia cực tím và tia X, bị chặn bởi bầu khí quyển của trái đất và chỉ có thể được nghiên cứu bằng các thiết bị được đưa lên cao trong khí quyển hoặc được đặt vào quỹ đạo trái đất.
Vật lý thiên văn bắt đầu vào cuối thế kỷ 19 với các nghiên cứu về quang phổ của mặt trời và các ngôi sao khác. Với sự phát triển của lý thuyết nguyên tử hiện đại vào đầu thế kỷ 20, những tiến bộ lớn đã được thực hiện trong việc tìm hiểu bản chất của quang phổ. Khi các nguyên lý vật lý khác nhau đã được khám phá hoặc hiểu rõ hơn, chúng đã được sử dụng trong vật lý thiên văn. Ví dụ, việc phát hiện ra các phản ứng hạt nhân trong đó các nguyên tử hydro kết hợp và tạo thành nguyên tử heli, giải phóng năng lượng, đã đưa ra lời giải thích về nguồn năng lượng trong các ngôi sao; và thuyết tương đối rộng đã hỗ trợ rất nhiều cho các nhà vật lý thiên văn trong việc tìm hiểu các hiện tượng thiên văn liên quan đến các vật thể có khối lượng lớn và trong việc mô tả cấu trúc của vũ trụ nói chung.
