有科学中最古老的一个领域，是对各天体位置的测量。在历史上，准确测量日、月、行星、恆星的位置，有天文航海和制订历法等作用。18世纪开始，天文学家以精确测定的行星位置作为基础，发展出完善的引力摄动理论，可以极精确地推算过去和未来的行星位置。这门学科称为天体力学。今天，科学家对近地天体进行大规模追踪，目的是预测这些天体何时会近距离略过地球以及评估与地球相撞的风险。太阳系周边恆星的视差是宇宙距离尺度的起始点。在用视差测量附近恆星的距离后，可以通过比对，推测遥远恆星的各种属性。通过测量恆星的径向速度和自行，天