대부분의 천문학자들은 전자기 복사를 통해 우주를 연구하지만 이 외에도 지구 너머의 환경을 연구할 다른 방법들이 있다. 우리 지구는 끊임없이 태양풍과 우주선을 받고 있다. 잘못된 명칭이기는 하지만 우주선은 폭발하는 별과 거대한 블랙홀 등의 천체가 방출하는 입자 흐름으로, 태양풍보다 후러씬 더 빠르게 움직인다. 대부분의 이러한 입자들은 지구 표면에 도달하지 못하지만, 일단 지구 대기권에 들어오게 되면 에너지가 적은 입자들의 경우, '공기샤워'를 이루기 때문에 지상에 설치한 탐지기를 활용해 입자들을 식별할 수 있다.
우주의 운석도 우리 태양계에 대해 중요한 정보를 제공한다. 이 암석 파편은 지구 대기권에 불타는 상태로 진입해도 거의 훼손되지 않은 채로 떨어진다. 따라서 베스타와 같은 커다란 소행성부터 태양계가 생성될 당시의 원료까지 귀중한 연구 표본으로 활용된다.
천체를 연구하는 한 가지 중요한 방법으로는 직접 가 보는 방법도 있다. 우리는 우주 시대의 막이 열린 이래 60년 동안 그렇게 직접 가보았다. 우주 비행사들은 아직 달까지밖에 여행하지 못했지만 우리를 대신해 로봇형 우주선이 태양계 전역의 모든 행성과 그 너머를 탐험하고 있다. 우주 탐사선은 화성의 표면 곳곳을 훑었고, 금성의 매서운 대기권에 맞섰으며, 소행성대 사이사이를 돌아다녔고, 불타는 혜성과 나란히 날기도 했다.
탐사선은 지구에서 얻을 수 있는 이미지보다 더 자세한 이미지를 전송한다. 더 나아가 암석 지표의 광물 구성 성분, 자기장의 구조, 행성의 내부 구조는 물론, 내부 지형 구조까지 지구에서는 탐색할 수 없는 특성들을 측정한다. 하지만 태양계의 척박한 환경을 뚫고 이러한 자료를 전송하려면 굉장한 노력이 필요하다. 그렇다보니 어쩔 수 없이 가끔은 실패하기도 한다.
현대 천문학자인 오늘날 천문학자들은 하늘을 연구하기 위해 전 세계 산꼭대기에 거대한 광학 망원경을 설치하는 등 매우 다양한 기술을 이용하고 있다. 또 전파, 적외선, 자외선 등 눈에 보이지 않는 복사선을 살펴보고자 다채로운 장비를 활용한다. 과학자들은 장비로 직접 관찰하지 않고, 다양한 탐지기를 사용해 하늘에서 제각기 다른 방식으로 내려오는 전자기 복사선을 포착하고 분석한다.
작게는 간단한 CCD 카메라부터 크게는 광도계까지 다양한 장비를 탐지기로 사용한다. 광도계는 탐지기에 잡히는 광자의 수량을 기록해 천체의 밝기를 측정해 주는 장치이다. 한편 분광기는 차장에 따라 달라지는 세기를 측정하기 위해 천체의 빛을 무지개 띠처럼 나누어 준다. 멀리 있는 천체의 화학적 구성 성분을 밝혀내고, 우주 공간에서의 운동 등 물리적 특성을 찾아낼 때 사용된다.