På grunn av de små størrelsene og ekstreme avstand fra jorden, er den kjemiske sammensetningen av objektene svært vanskelig å fastslå. Den prinsipielle metoden som astronomer fastslår sammensetninger med er spektroskopi. Når et objekts lys brytes i sammensetningenes farger, dannes et regnbuelignende bilde. Dette bildet kalles spektrum. Ulike substanser absorberer lys ved forskjellige bølgelengder, og når spekteret for et bestemt objekt kommer frem vises mørke linjer (kalt absorpsjonslinjer) der hvor substansen i det har absorbert den bestemte bølgelengden av lys. Hvert grunnstoff eller forbindelse har sin egen unike spektroskopiske signatur, og ved å lese et objekts fulle spektrale «fingeravtrykk» kan astronomer finne ut hva det er laget av.