天体分光学
惑星・小惑星・彗星は皆、主星からの光を反射するが、同時に主星のスペクトルには含まれない独自の光も放射・吸収している。太陽系の惑星・小惑星といった比較的低温の天体の場合、放射のほとんどは肉眼では見えない赤外線だが、これらも分光観測では日常的に観測されている。彗星や大気を持つ惑星といったガスに包まれている天体の場合、その気体固有の波長で輝線・吸収線が生じ、こういったガス固有のスペクトルが天体の固体部分のスペクトルに刻まれる。中でも、金星や巨大ガス惑星、土星の衛星タイタンといった厚い大気や雲に覆われた天体の場合は、スペクトルは完全に大気部分のみに由来する。
星間物質のダストや分子は光学的に直接観測することができなくても、背景光の分光で吸収線をとらえることでも観測できる。こうしたスペクトルは、構成する電子のエネルギー準位間の遷移、振動・回転スペクトルによって構成される。こうしたスペクトルの多くは電波やマイクロ波、赤外線で観測できる。これらを形成する分子による化学反応は冷たく拡散された星雲や、紫外線によって照らされた高密度な星雲で起こる。こうして形成される化合物の多くは有機化合物であり、アセチレン(C2H2)やアセトン((CH3)2CO)のような短い分子から、多環芳香族炭化水素やフラーレンといった高分子、グラファイトやその他のすす状物質などの固体物質に及ぶ。
この奇妙なスペクトルは、間もなく通常の銀河のスペクトルが大きく赤方偏移したものだと分かった。これらは1964年に天文学者ホン・イェー・チュー(英語版)に準恒星状電波源(英:quasi-stellar radio sources)と命名され、そこからクエーサーと呼ばれるようになった。現在、クエーサーの正体は宇宙誕生初期に形成された、超大質量ブラックホールにより莫大なエネルギーを放つ銀河だとされている。
銀河の性質は、銀河を構成する星のスペクトルを解析することからも調べることができる。おとめ座銀河団を構成する銀河の1つ、NGC 4550では、多くの星が銀河の回転方向とは逆方向に回転している。ここから、この銀河は2つの小さい銀河が合体し、それぞれを構成していた星がお互い反対方向に公転しているとされている。銀河の中の明るい星を調べることで、その銀河までの距離を視差や標準光源を使った距離測定法よりも正確に決定できる場合がある。