Cプロジェクトは、観測装置群の運用、観測業務、観測データ解析を行う施設である。観測業務は、国内外の研究者から提出される観測計画に基づき実施されており、観測データは観測計画を立てたグループ等に公開され、解析業務が行われることになっている。
プロジェクト室は、国立天文台が大学共同利用機関として、各大学等の研究室からの利用申請に基づいて様々な観測や実験の実施や開発研究を円滑に行なうために設置された組織である。国立天文台が日本国内外にて運用を行う各観測所もプロジェクト室の一種となっている。現在では、各フェーズ毎に、Aプロジェクト・Bプロジェクト・Cプロジェクトに分類する。それぞれ、Aプロジェクトが検討段階にある研究事業、Bプロジェクトが推進段階にある研究事業、Cプロジェクトが運用段階にある研究事業として区分することになっている。
国立天文台の組織はプロジェクト室・センター・研究部の3つに大きく分かれる。各組織は以下の通りである。特に明記していないものは三鷹キャンパス内に組織・講座を設置。
日本の天文学研究の中心組織として、欧州や北米（アメリカ・カナダ）等と研究協力を行っている。2005年には韓国天文宇宙科学研究院（韓国）、中国科学院国家天文台（中国）、中央研究院天文及天体物理学研究所（台湾）とともに東アジア中核天文台連合（EACOA）を結成し、東アジア地域における天文学研究の発展に尽力することとなった。東アジア地区をはじめとする各国からの留学生の受け入れや海外研究機関への観測装置の利用促進・提供を実施し、各国の天文台の近代化に向けた活動を支援している。
今後のプロジェクトとして、より大口径かつ大規模な観測に対応した「超大型光学赤外線望遠鏡」の調査研究・開発研究が開始され、米国の30m鏡巨大望遠鏡計画であるTMT計画とも連携を深めつつある。
「開かれた天文台」として石垣島天文台などの設置・運用を支援し、日本における天文科学分野の広報・普及活動を推進。本部のある三鷹キャンパスや各観測所では特別公開や天体観望会を開催している。
国立天文台は日本以外の天文科学研究機関との国際共同研究活動も幅広く実施しており、最近の例としてはすばる望遠鏡やALMA望遠鏡などのプロジェクトが挙げられる。また、4D2Uプロジェクトや太陽系外惑星探査プロジェクトなど、従来の研究活動の枠組みを超えた新たな研究プロジェクトも推進。さらに、月探査計画「かぐや」では、月の精密観測に必要な機器開発を始めとして、測地学研究の観点から、地球朝夕や測地学観測でも研究活動を実施。スペースVLBIでは、国際的にも高い評価を得ている。教育研究を実施する機関として、公開天文台との連携を初めとして、天体観測を行う観測者の育成などにも当たっている。観測データなどは、インターネットや各種媒体を通じて公開しており、教育研究事業を行う際には無償で提供することになっている。
国家事業として暦の編纂を行う「暦計算室」や日本標準時の決定および報時を行う「天文保時室」などの部署を設置し、国立研究開発法人産業技術総合研究所や国立研究開発法人情報通信研究機構などと並んでこの分野における国内の代表的機関の一つである。
国立天文台は日本の天体科学研究における代表的な研究機関として、天文科学および天体物理学（関連項目：天体力学）に関連する分野の研究教育活動をほぼ網羅する。また、自然科学研究機構における天体物理学専門組織として、天文学に関連する講座を開設、大学及び大学院からの研究共同利用を受け入れている。大学共同利用機関として、各学校法人や研究室からの研究計画に基づく研究利用申請や研究者の受け入れによって、観測装置の共同開発を始め、施設利用の推進、さらに観測データの共同利用なども実施。
代表的な観測研究施設として、ハワイ島にてすばる望遠鏡を設置・運用。その他、各観測研究所に設置された観測機器を用いた観測研究業務並びに天体観測機器開発、観測装置運用を実施。台内に社団法人日本天文学会、財団法人天文学振興財団の事務局がある。科学データとして国際的に評価の高い、理科年表の編纂を80年以上に渡り実施している。
国立天文台は、東京都三鷹市に本部を置き、日本各地や国外にも観測施設を設置し観測業務並びに機器開発、装置運用を実施している。大学共同利用機関法人自然科学研究機構を構成する大学共同利用機関の一つであり、総合研究大学院大学の専攻研究科を構成する。
細い流線型の体を持ち、頭部後方が少し盛り上がる。吻は長くて尖り、鼻孔には短い前鼻弁がある。眼は比較的大きく、瞬膜がある。口角には僅かに溝があり、上顎歯列は29–35、下顎は29–33。歯は鋸歯があり、細い1尖頭を持つ。上顎歯は特徴的な鉤形で、後ろに傾く。下顎歯は直立する。成体雄の上顎歯は雌や幼体に比べ、長くて細く弧を描き、より細かい鋸歯がある。鰓裂は5対でかなり長い。胸鰭は大きく、鎌型で尖る。第一背鰭は胸鰭後端上方から始まり、高く先端が尖って後縁は凹む。第二背鰭は小さくて低く、臀鰭の反対側に位置する。背鰭間に隆起はない。尾鰭下葉はよく発達し、上葉先端付近には深い欠刻がある。背面はブロンズからオリーブグレーで金属光沢があり、ピンクが交じることもある。鰭の先端や縁は黒くなるがそれほど目立たず、死後は急速にくすんだ灰褐色に変化する。腹面は白く、体側には明瞭な帯がある。大型メジロザメ属、特にドタブカに似ているが、上顎歯の形状が異なる・背鰭間の隆起を欠く・鰭に模様がないことで区別できる。最大全長3.3m、重量305kgと報告されている。