一些研究领域包括试图确定暗物质，暗能量，黑洞和其他天体的性质 ; 以及宇宙的起源和最终命运。理论天文学家还研究了太阳系的形成和演化。恒星动力学和演化 ; 星系的形成与演化 ;磁流体力学 ; 宇宙中物质的大尺度结构；宇宙线的起源; 广义相对论，狭义相对论，量子和物理宇宙学，其中包括弦宇宙学和天体粒子物理学。大爆炸模型的两个理论栋樑是广义相对论和宇宙学原理。由于太初核合成理论的成功和宇宙微波背景辐射实验证实，科学家确定大爆炸模型是正确无误。最近，学者又创立了ΛCDM模型来解释宇宙的演化，这模型涵盖了宇宙暴胀