依赖肉眼以及各种用于测量时间和方向的仪器。第谷有系统的观测行星，他所蒐集的资料让克卜勒得以建立行星运动的法则。人类非常关心天空，因而在历史上留下许多纪录。古老的巨石阵就是为了观察太阳的运动来测量时间而建立的，星座是由一些恆星在天空中组成的图样，并且与地球上的季节变化连结在一起，也流传下来许多的神话与传说。不使用望远镜，单靠眼睛也能做许多不同的观测，古老的记录记载了一些突然出现在天空中的亮星，被称为超新星，甚至在白天也能看见。也记录了被视为灾难预兆的彗星，还有划过天际的流星。在现代，科学家透过在南极冰