有效观测温度较低、无法发出可见光的天体，例如行星、星周盘及光线被尘埃遮蔽的星云等。红外辐射的波长较可见光长，所以可以穿透可见光所无法穿透的尘埃云，有助于研究分子云深处的年轻恆星和星系核。例如，广域红外线巡天探测卫星（WISE）已成功观测到多个银河系内的原恆星和这些恆星所在的星团。除了十分接近可见光的红外光以外，大部分红外辐射都会被地球大气层吸收；大气本身也会产生较强的红外辐射，进一步影响观测。因此，红外天文台都必须在海拔高、湿度低的地点建造，甚至是作为卫星发射到太空。某些分子在红外辐射范围有较强的谱线，这有