量恆星的径向速度和自行，天文学家可以绘出银河系内恆星的运行轨迹，从而算出银河系暗物质的分佈。1990年代，天文学家开始利用多普勒光谱学观察太阳系周边恆星的摆动。这种方法可以用来发现一些较大的系外行星（详见系外行星侦测法）。
理论天文学.理论天文学家的研究手段包括数学模型及用电脑做数值模拟，两者各有千秋。数学模型一般能揭示天文现象背后更深层次的原理，数值模拟则可以演示现实中难以观察的现象。
物理学.物理学（希腊文，自然）是研究物质、能量的本质与性质，以及它