“宇宙”二字中上下四方為“宇”，古往今來為“宙”，宇宙即包括所有時間和空間，要想理解二字的實際意義，就必須從最微小部分去著手研究。現代科學所知道的最小粒子為夸克，“夸克”一詞最早由美國科學家費曼提出，其也因研究此微觀粒子獲得諾貝爾物理學獎，費曼也曾是“曼哈頓”計劃的重要人物。對微觀粒子進行拆分，原子由中子和質子、電子組成，其中質子和中子又是由夸克組成，數量分別為3、3，常見夸克種類有上夸克和下夸克，在質子中連線三個夸克作用力的稱為膠子，夸克和膠子是目前已知最小粒子（實驗中未被擊碎),其結合形成的強子則是原子核的基本單位，夸克因此成為整個原子質量的載體。由於原子核僅佔整個原子體積十萬分之一，可見其密度之高。
像太陽這類發光恆星、以及爆發恆星等活躍的天體，無時不刻地在向周圍發射高能粒子、光波、電磁波、射線等能量載體形式，其中收集某一恆星所發射出的高能粒子、光波、紅外輻射是研究該恆星距離、時間、大氣成分等資訊的的主要來源。對於高能粒子，可以讓其透過質譜儀計算出粒子的比荷q/m=v/Br,再與已知元素比荷進行對比，即可得知該粒子元素種類，再利用光譜儀對該星體發出的光波進行光譜分析，由於每個元素所具有的激發光波都不同，由此可確定該星體的元素構成，（光譜理論於1910年丹麥科學家波爾提出），由於地球存在大氣層，使得宇宙中的高能粒子再穿過大氣層時，會發生碰撞，電磁波訊號在穿過大氣層時大部分也會被吸收，因此像使用射電望遠鏡這類的研究觀測機構多數選址在高海拔，乾旱地區建址，由於大氣層會吸收減弱電磁訊號，最理想的觀測站莫過於太空了。
像fast這類擁有巨大球面的射電望遠鏡其功能主要是接收宇宙射線進行分析，弧面越大，接收射線機率也就越高，也就代表著精度的提升。宇宙射線包含各個頻段的電磁波，電磁波對其波長進行劃分有以下幾種劃分(伽瑪射線和X射線＜0.2um＜紫外線＜0.4um＜可見光＜0.75um＜近中紅外線＜4um＜遠紅外線＜1000um)，波長計算公式為λ＝c/ν，根據能力計算公式ε＝hν可知頻率越高的射線，其能量越大，穿透性越高，根據現有技術手段產生X射線相比伽瑪射線容易的多，因此在醫學放射化療方面常使用X射線作為手術刀。
在宇宙中，不同波段的射線其來源也不相同，在研究中可以根據觀測得到的射線頻段判斷其來源，也可以收集某一觀測目標所發射出的射線來判斷其活動類別。例如黑洞附近會產生伽瑪射線，溫度超過10000℃的恆星其最高發射波段在紫外線波段，因此在天文觀測中觀察全波段對研究星體具有重要意義。
使用望遠鏡觀測星體距離，首先觀察一個已知近地恆星，記錄其星等和距地距離，並計算其本身發射光波在宇宙中的衰減率，這時觀測另外一個未知恆星，記錄其視星等根據光波在宇宙中的衰減率即可估測其距地距離。另一種測量兩個天體間距離的方法為三角形法，具體做法為先測出兩顆恆星的距地距離，分別與地球連線中間有一角度可測出，根據三角形定理便可求接出第三邊長度即為兩恆星間的距離。
以上介紹均為在天文觀測研究中較常見的研究手段，觀測儀器較於大多數人難以實操，這裡只做簡單介紹進行了解基本原理，更詳細和深入的操作方法還請讀者自行蒐集思考。
