Astrofizica este o parte foarte importantă a astronomiei, utilizând știința fizicii pentru observarea și analizarea naturii corpurilor cerești (dar nu a poziției sau mișcării lor în spațiu), a mediului interstelar și a radiațiilor cosmice. Astrofizica e împărțită în două mari categorii: teoretică și experimentală.
În principal, astrofizica examinează emisiile obiectelor din cosmos prin intermediul spectrului electromagnetic (lumina, densitatea, temperatura, compoziția chimică). Tot de această ramură a astronomiei țin și observarea și studiul unor concepte evazive, cum ar fi proprietățile materiei negre, a energiei negre și a găurilor negre, dar și călătoria în timp, „găurile de vierme” sau originile Universului.
Astrofizicienii utilizează în munca lor de cercetare și analiză mai multe discipline ale fizicii, de la mecanică și electromagnetism până la mecanica cuantică sau fizica atomică și moleculară. Astrofizica experimentală este extrem de limitată în acest moment, fiind strâns legată de evoluțiile tehnologice ale explorării spațiale – de exemplu, din cauză că atmosfera Pământului afectează observațiile, este nevoie de telescoape trimise în spațiul cosmic pentru colectarea informațiilor.
Unul dintre cei mai cunoscuți astrofizicieni din istorie este Arthur Eddington, care a reușit să demonstreze, în timpul unei eclipse, că teoria relativității generalizate a lui Einstein este corectă. De asemenea, cunoscutul telescop spațial Hubble a fost numit după astrofizicianul Edwin Hubble, care a demonstrat faptul că Universul este în expansiune.
