Η αστροφυσική είναι ένας κλάδος της αστρονομίας που αναλύει τις ιδιότητες και τις αλληλεπιδράσεις των κοσμολογικών αντικειμένων με βάση το γνωστό φυσικό νόμο. Ο όρος είναι ελαφρώς παραπλανητικός, καθώς όποιος ασχολείται με την αστρονομία πρέπει να είναι ικανός και στη φυσική. Μπορεί να ειπωθεί ότι αυτό το πεδίο μοιάζει πολύ με τα πεδία της αστρονομίας και της κοσμολογίας.
Οι δύο κύριες κατηγορίες σε αυτό το πεδίο είναι η παρατηρησιακή και η θεωρητική αστροφυσική. Δεν υπάρχει τέτοιο πράγμα όπως πειραματική αστροφυσική, επειδή οι κλίμακες και τα αντικείμενα που παρατηρούνται είναι πολύ μεγάλα ή πολύ μακριά για να πειραματιστούν με τη σύγχρονη τεχνολογία. Επειδή το φως χρειάζεται χρόνο για να μας ταξιδέψει στη Γη, οι πιο απομακρυσμένες περιοχές του σύμπαντος είναι στην πραγματικότητα παράθυρα στο αρχαίο σύμπαν, όταν το σύμπαν ήταν πολύ πιο πυκνό και πιο ενεργητικό. Επειδή αυτό το πεδίο μερικές φορές ασχολείται με θεωρίες του πρώιμου, συμπαγούς σύμπαντος, μπορεί να επικαλύπτεται έντονα με τη σωματιδιακή φυσική, η οποία παρέχει προβλέψεις για το πώς θα συμπεριφερόταν η ύλη στο αρχαίο σύμπαν.
Οι αστροφυσικοί είναι γνωστοί για τη μελέτη φαινομένων όπως οι μαύρες τρύπες, οι γαλαξίες, τα υπερσμήνη, τα αστέρια νετρονίων, τα κβάζαρ, η Μεγάλη Έκρηξη, η σκοτεινή ύλη και ενέργεια, οι κοσμικές χορδές, η αστρική εξέλιξη, η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων και πολλά άλλα. Ο Κόσμος είναι μια καλή αρένα για τη μελέτη της καθαρής φυσικής, επειδή σε τόσο μεγάλες κλίμακες, ο συγκεκριμένος τύπος στοιχείου που αποτελείται από αντικείμενα γίνεται λιγότερο σημαντικός και οι πιο γενικές μεταβλητές, όπως η μάζα και η ταχύτητα, παίρνουν προτεραιότητα. Μερικές φορές, αυτό το πεδίο ονομάζεται «η μελέτη του πολύ μεγάλου και του πολύ μικρού».
Πολλές σημαντικές γνώσεις για την κατανόηση του σύμπαντος από την ανθρωπότητα έχουν συνεισφέρει από αστροφυσικούς. Έχουν προβλέψει την πιθανή ηλικία του σύμπαντος, το μέγεθος του παρατηρήσιμου σύμπαντος, πόσο καιρό θα αντέξει ο Ήλιος προτού εξαντλήσει το πυρηνικό του καύσιμο, το κοινό των μαύρων τρυπών και άλλων εξωτικών ουράνιων σωμάτων, πώς έμοιαζε το σύμπαν πριν από δισεκατομμύρια χρόνια , τη μέση θερμοκρασία του διαστρικού ή διαγαλαξιακού χώρου, τα σχήματα των γαλαξιών και τον τρόπο που η ύλη κατανέμεται στο παρατηρήσιμο σύμπαν. Η αστροφυσική συνεχίζει πάντα να εξελίσσεται και να παράγει νέες ιδέες για τη δομή του σύμπαντος.