天體物理學分為太陽物理學、太陽系物理學、恒星物理學、恒星天文學、行星物理學、星系天文學、宇宙學、宇宙化學、天體演化化學等子學科。此外，射電天文學、空間天文學和高能天體物理學也是它的分支。
用物理技術和方法分析天體的電磁輻射，可以獲得天體的各種物理參數。根據這些參數，用物理理論解釋物理過程及其演化，是測量天體物理學和理論天體物理學的任務。
在天體上發現的壹些奇怪現象也能啟發和推動現代物理學的發展。壹些天體的極端條件和宇宙環境為物理學提供了極好的天然實驗室。理論物理中的輻射、原子核、引力、等離子體、固體和基本粒子等理論，為類星體、宇宙射線、黑洞脈沖星、星際塵埃和超新星爆發的研究奠定了基礎。