През 20-и век астрономията е разделена на два основни клона – наблюдателна и теоретична. Наблюдателната астрономия има за цел получаването на данни за небесните тела чрез различни методи на наблюдение, които след това се анализират чрез законите на физиката. Теоретичната астрономия изучава процесите, протичащи във Вселената, които биха могли да обяснят получените от наблюдателната астрономия данни. За целта се разработват математически модели и се извършват компютърни симулации. Тези два клона се допълват взаимно: теоретичната астрономия търси обяснение на наблюдаваните явления, а наблюдателната астрономия се използва за проверка на теоретичните хипотези. Освен това астрономическите наблюдения предоставят важна информация, позволяваща проверка на фундаменталните теории във физиката – например общата теория на относителността.
