Η αστροχημεία είναι ένας τομέας της επιστήμης που μελετά τα άτομα και τα μόρια στο διάστημα και τις αντιδράσεις που συμβαίνουν μεταξύ τους. Αυτός ο τύπος μελέτης δίνει τη δυνατότητα στους ερευνητές να κατανοήσουν περισσότερα για το πώς σχηματίζονται οι πλανήτες και τα αστέρια. Ενώ κάποτε πίστευαν ότι δεν υπήρχε τίποτα στους χώρους γύρω από αστέρια και πλανήτες, τώρα αναγνωρίζεται ότι υπάρχουν πολλά μόρια. Μερικά από αυτά είναι γνωστά στη Γη, όπως το υδρογόνο, και άλλα χημικά υπάρχουν μόνο στο διάστημα. Θεωρείται ότι η έρευνα αστροχημείας στη συμπεριφορά των μορίων στο διάστημα θα μπορούσε να δώσει ενδείξεις για την προέλευση της ζωής στη Γη.
Οι πρώτοι αστρονόμοι χρησιμοποιούσαν τηλεσκόπια που μπορούσαν να δουν μόνο αντικείμενα που εκπέμπουν φως στο ορατό εύρος του φάσματος. Αργότερα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι τα αντικείμενα στο διάστημα θα μπορούσαν επίσης να εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από άλλα, μη ορατά, μέρη του φάσματος, συμπεριλαμβανομένων των μικροκυμάτων, υπέρυθρων, υπεριωδών, γάμμα, ακτίνων Χ και ραδιοκυμάτων. Οι τεχνικές αστρονομικής έρευνας χρησιμοποιούν ειδικά ραδιοτηλεσκόπια για την ανίχνευση ραδιοκυμάτων, τα οποία εκπέμπονται από αέρια και αστέρια. Οι πληροφορίες από αυτά συνδυάζονται με ευρήματα από άλλα όργανα και τηλεσκόπια, που καλύπτουν άλλες περιοχές του φάσματος, προκειμένου να δημιουργηθεί μια πλήρης εικόνα της χημείας του διαστήματος.
Πρόοδοι στη μελέτη της αστροχημείας έχουν γίνει με την εμφάνιση τηλεσκοπίων που δεν περιορίζονται στη Γη, καθώς δεν μπορούν να ταξιδέψουν όλα τα διαφορετικά μήκη κύματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα της Γης. Το ορατό φως φτάνει στην επιφάνεια της Γης, τα σύννεφα το επιτρέπουν, όπως και τα ραδιοκύματα, μερικά μικροκύματα και κάποια υπέρυθρη ακτινοβολία. Τα τηλεσκόπια υπεριώδους και ακτίνων Χ πρέπει να τοποθετηθούν στο διάστημα επειδή το όζον απορροφά αυτούς τους τύπους ακτινοβολίας. Οι ακτίνες γάμμα μπορεί να ανιχνευθούν από όργανα που βασίζονται σε δορυφόρους ή, μερικές φορές, από τις αλλαγές που κάνουν όταν αλληλεπιδρούν με την ατμόσφαιρα της Γης.
Μετά από έρευνα αστροχημείας στη σκόνη ανάμεσα στα αστέρια, έχουν αναγνωριστεί πολλά διαφορετικά μόρια και έχουν αναλυθεί οι διαδικασίες που οδήγησαν στη δημιουργία τους. Η ανάλυση της αστροχημείας των γιγάντιων νεφών σκόνης στο διάστημα και η σύγκρισή τους με τις μοριακές αντιδράσεις στη Γη επιτρέπουν στους επιστήμονες να κατανοήσουν πώς η χημεία της Γης αναπτύχθηκε όπως αναπτύχθηκε. Η έρευνα στις διαδικασίες με τις οποίες σχηματίζονται πιο περίπλοκες χημικές δομές θα πρέπει να δώσει μια καλύτερη κατανόηση της χημείας που εμπλέκεται στη δημιουργία πλανητών και αστεριών. Οι ερευνητές της αστροχημείας μελετούν επίσης τη δημιουργία πολύπλοκων μορίων που είναι πλούσια σε άνθρακα, παρόμοια με τις επίγειες μορφές ζωής, τα οποία θα μπορούσαν να παρέχουν πληροφορίες για το πώς ξεκίνησε η ζωή στη Γη. Εάν αυτά τα πολύπλοκα μόρια είναι σε θέση να προέρχονται από το διάστημα, θα φαινόταν πιο πιθανό να υπάρχει ζωή σε μέρη εκτός της Γης.