天の川銀河の外にも銀河が存在する事が判明してから、初期の段階ではもっぱら可視光線の観察が行われた。ほとんどの星は可視光線領域に放射の最高点があり、銀河の観察においても可視光天文学の主要な対象となる。また、イオン化されたHII領域や宇宙塵がつくる腕の観察などでは、スペクトル分析が用いられる。1970年代からはCCDが導入され、高感度の検出が可能になった。しかし、星間物質中に存在する宇宙塵は可視光線で把握しづらい。そこで、赤外線を観察する手法が用いられる。これは、巨大分子雲や銀河中心の観察にも有効である。また、赤方偏移を起こしている宇宙の初期段階に形成された銀河の観察にも使われる。赤外線は大気中の水蒸気や二酸化炭素に吸収されやすいため、観測には高地の天文台や宇宙望遠鏡が使われる。最初の非可視光線による銀河観測は、活動銀河を対象に、電波が用いられた。5kHzから30GHzの間の電波は、大気の干渉をほとんど受けず透過する。大きな電波干渉計は活動銀河が銀河バルジから放つ宇宙ジェットを捉えることができる。また電波望遠鏡は、初期宇宙に存在し、のちに銀河形成の材料となったイオン化されていない水素が崩壊時に放つ21cm線の観察を可能とする。このような分野は電波天文学と呼ばれる。紫外線天文学やX線天文学は非常に詳しい銀河の現象を観察できる。遠い銀河で、星の物質が強い潮汐力によってブラックホールに引きずり込まれる際、紫外線の発光が起こる。銀河団の中に漂う熱せられたガス成分はX線によって観測可能である。また、銀河中心に位置する超大質量ブラックホールの存在も、X線天文学がもたらした成果のひとつである。
1944年、ヘンドリク・ファン・デ・フルストは恒星間にある原子状水素ガスが放つマイクロ波である21cm線の存在を予言した。これは、1951年に観測された。この放射線は宇宙塵による吸収の影響を受けないため、ドップラー効果を測れば銀河内におけるそれぞれの運動位置を確定できるため、天の川銀河の研究に役立った。この観測によって、天の川銀河にも棒渦巻銀河のような構造があるかも知れないという仮説が提唱された。1970年代、ヴェラ・ルービンの研究から銀河の回転曲線問題が提唱された。銀河中の星からガスまでの視認可能な物質の総量が、これら物質の回転速度から考えられている値に足りていないというものである。この辻褄を合わせるため、巨大な質量を持ちながら不可視の暗黒物質が存在すると説明された。1990年初頭、ハッブル宇宙望遠鏡が天体観察能力を格段に進歩させた。その成果の一つに、もし天の川銀河が暗黒物質を失えば、本質的には微小に過ぎない星々だけでは維持できないという事が確認された。また、ハッブル・ディープ・フィールドと呼ばれる夜空の星がない部分へ長時間露光することで捉えられる領域を撮影した結果から、宇宙には約1,250億個の銀河がある証拠が見つかった。人間が視認できない電磁スペクトルを検知する電波望遠鏡や赤外線カメラまたはX線望遠鏡などの技術開発は、ハッブル宇宙望遠鏡では撮影不能な観測を実現した。特に、銀河面吸収帯と呼ばれる天の川によって視認できない領域の先を調査可能とし、数多い銀河の発見に至った。
本名はフランシーヌ・カノヴァ。幼少期は母親の度重なる離婚で不遇な少女時代を送る。10代後半からモデルとして活躍するが、1960年に保険代理業者の男性ギー・バルテルミーと結婚、カサブランカに戻り一女を儲けるも、程なく別居。別居後はモデル時代の芸名ナタリー・バルテルミーでモデル兼カメラマンとして活動する。1963年、離婚。娘の親権はバルテルミーが持った。1963年に『黒いチューリップ』を撮影中のアラン・ドロンと出会い、恋に落ちる。両者は子供時代の境遇が酷似しており、強く惹かれあったとされる。ナタリーをアランに紹介したのは、アランの証言では「貴族階級出身の知人」だったが、実際はアランのボディーガードだったステファン・マルコヴィッチだったとされている。マルコヴィッチはナタリーの愛人で、アランとの結婚後も関係は続いた。他に夫妻のハリウッド滞在中にはエリザベス・テイラーと離婚したばかりのエディ・フィッシャーとも浮名を流す。1964年に結婚。アランとの間に息子のアントワーヌを儲ける。1967年にアランが主演したサスペンス『サムライ』で映画デビュー。日本では翌年に出演した『個人教授』で大ブレイクする。1968年、女優業を続けたい彼女の願いに反対だったアランと徐々に対立するようになり、別居。1968年10月、マルコヴィッチが殺害され、遺体が発見される。ドロン夫妻は重要参考人として召喚され（ナタリーはイタリアでの映画撮影中を理由に拒否）、特にアランは容疑者として何度も取調べを受けているが、結局真犯人不明のまま、事件は迷宮入りに。この「マルコヴィッチ事件」は大きなスキャンダルとなり、アランのマフィアとの癒着、ドロン夫妻とマルコヴィッチの「三角関係同居」、マルコヴィッチが上流階級相手に「社交場」を経営しており、その常連客がジョルジュ・ポンピドゥー大統領夫妻だったなどが連日報じられることとなった。このスキャンダルの渦中の1969年に離婚。離婚後はロベルト・マレノッティ監督、スーザン・ストラスバーグと共演した『姉妹』を皮切りに積極的に映画に出演。1971年には『もういちど愛して』で離婚後唯一となるアラン・ドロンとの共演を果たす。1972年のエリザベス・テイラーの夫リチャード・バートンとの共演作『青ひげ』は、米国では作品よりもバートンとナタリーの関係及び、それがバートン/テイラーの離婚話を本格化させたというゴシップ絡みで注目された。他の代表作に1976年のロジェ・ヴァディム監督、シルビア・クリステル主演の『華麗な関係』などがあるが、徐々に脇役が多くなる。1983年の短編映画以降は女優業からは遠ざかっていたが、2008年の｢Nuit de chien｣で久々に女優復帰を果たす。1982年には｢Ils appellent ça un accident｣で監督業にも進出。1988年には監督2作目となる『スウィート・ライズ』を監督した。アラン・ドロンとの間に儲けた息子のアントワーヌは後に、アントニー・ドロンの芸名で俳優となった。