天文学与宇宙学是它的姊妹学术领域，很难将它们做严格区分。简略而言，天文学测量星体的位置、运动、光度等等，例如，某恆星的位置与光谱，天文物理学尝试了解星体的本质，例如，某恆星的内部结构与形成机制，宇宙学企图解释宇宙的整体或大尺度结构的本质，例如，大爆炸或宇宙暴胀的机制。由于天文物理学是一门很广泛的学问，天文物理学者通常需要用到很多不同的学术理论，例如，经典力学、电磁学、统计力学、量子力学、相对论、粒子物理学等等，将这些学术理论应用于天文研究，例如，类星体、致密双星、大尺度结构、恆星动力学等等，时常可以得到