Innen studeres astronomiske objekt ved røntgenbølgelengder. Vanligvis sender objekter ut røntgenstråling som synkrotronstråling, det vil si termisk stråling fra tynne gasser (Bremsstrahlung) som holder en temperatur på over ti millioner Kelvin, samt termisk stråling fra tette gasser (stråling fra svarte legemer) med samme temperatur. Ettersom røntgenstråling absorberes av jordens atmosfære gjøres alle observasjoner ved disse bølgelengdene enten fra den øvre delen av atmosfæren, eller fra verdensrommet. Betydelige kilder til røntgenstråling i rommet er røntgenbinærer, pulsarer, supernovarester, elliptiske galakser, galaksehoper og aktive galaksekjerner.