天体离我们非常遥远，除了太阳系天体可以通过航天器进行近距离或登陆探测外，对于太阳系以外的恒星和星系，天文学家只能通过接收它们的辐射来进行分析和研究，主要是用物理学的方法对观测资料进行综合分析和理论推断，来获取关于它们的物理构造、化学组成、运动状态以及演化等知识。换句话说，天体辐射中包含着非常丰富的天体信息，天文学家正是通过各种望远镜来接收尽可能多的天体辐射，再用物理学的方法进行破译，从而获得它们的各种特征。因此天文学是一门以观测为依据，对其进行理论分析和推断，从而得出结论的学科，这一点与其他科学是相似的。
广义的天体辐射包括电磁波和粒子流(各种带电粒子和中微子等)。不过天体发射的电磁波能量通常远高于粒子流能量，以及绝大部分探测器是针对电磁波辐射，因此一般谈及天体辐射主要是指它们的电磁波辐射。电磁波按波长增大顺序可分为如下不同波段：γ射线、硬x光、软x光、远紫外光(EUV)、紫外光(UV)可见光、红外光(IR)和射电波段。如所熟知，电磁波具有波动和粒子二重性，各波段的波长及其对应的光子能量E=hv(其中v为频率，h为普朗克常数)列于表10.1中。射电波段依波长增大顺序又可分为毫米波段(mm)、厘米波段(cm)、分米波段(dm)和米波段(m)。在通信领域则分为微波(1毫米至10米)、短波(10米至100米)、中波(100米至1000米)、长波(1千米至1万米)和超长波(大于10公里)。在天文学领域，往往也把波长为0.1mm至1mm的亚毫米波段归入射电波段，不归入红外波段。然而由于地球大气的吸收，能够进入地球大气而到达地面的电磁波只限于可见光和红外波段中的一些透明窗口，以及射电波段。红外波段的透明度主要取决于大气中水汽的含量。天体电磁波中的γ射线、x光和紫外光只能在地球大气之上的高空进行观测。
不同天体或同一天体的不同区域或不同的物理过程，其发射的电磁波谱有所不同。例如，太阳的低层大气——光球温度只有大约6000 K(K表示开氏温度，天文学中未指明温标时通常均指开氏温度)，因此主要的辐射功率集中在可见光区和红外光区，其极大值位于黄绿光区。光球上方的色球层的温度为10*4～10*5量级，辐射功率集中在紫外波段，以及射电波中的毫米和厘米波段。而在色球之上的日冕层中，温度高达百万度量级，其辐射主要集中在x光波段，以及射电波中的分米波和米波区。而当太阳发生耀斑(剧烈的太阳爆发现象)时，就会从太阳耀斑区几乎同时发射出强烈的x光、紫外光和射电波，有时还有Y射线，以及各种粒子流(主要是质子和电子)。另一方面，在更为遥远的恒星和星系领域，情况也是如此。一般恒星和与它们温度相当的天体的辐射，主要集中在可见光和红外光波段，但其极大功率随温度增大而从光谱的红端向紫端迁移。许多涉及高能物理过程的天象，如黑洞吸引邻近恒星周围的大气，就会形成x光发射源，从而提供了发现黑洞的方法。而观测到的一些x光爆发源的物理性质则在探讨之中。天体的γ射线发射往往与某些超高能的物理过程相联系，例如起源于活动星系核中的超级黑洞，以及两颗中子星的碰撞。许多丫射线源的辐射机制也尚待探明，其中可能隐藏着对认识宇宙至关重要的奥秘。红外波段在探索宇宙奥秘中也占有非常重要的地位。例如在恒星形成早期和演化到晚期，以及一些星云，由于温度不高，主要辐射集中在红外波段。红外辐射还有一个主要特征，即能够透过宇宙尘埃，因而利用这个波段能够探测到被宇宙尘埃遮盖的非常遥远和寒冷的天体。至于射电波段，那更是可以说占据着与光学波段并列的半边天地位。20世纪60年代天文学中的四大发现，即脉冲星、类星体、星际分子和宇宙微波背景辐射，主要是射电天文观测的贡献。由上可见，对于探测宇宙奥秘来说，天体辐射的电磁波段中，所有波段都非常重要，一个也不能少。仅仅通过地面能够接收到的可见光和部分红外光，以及射电波段进行“坐地观天”，看到的宇宙是不完整的，只有设法进行全波段的观测，并对其进行综合分析和理论推断之后，才能揭示出完整的宇宙图象。美国学者贾可尼(R·Giacconi)就因开拓了x光波段的天文观测研究，为天文学作出重大贡献而获得2002年的诺贝尔物理学奖。
所谓天文望远镜，就是用于接收和记录天体的某种辐射，并具有某些特殊功能的科学仪器。这些功能如能对天体进行白光或单色光照相，得到它们的光谱或磁场数据，自动绘出天体的光度变化或视向速度变化曲线，甚至二维分布图等。千资百态的天体发射的电磁波谱各不相同，它们辐射的强度也千差万别。另一方面，接收不同波段和不同强度辐射所涉及的技术又有很大不同，因此天文望远镜的类型也就非常之多。不过大体上可以分为安装在地面的地基望远镜和利用航天技术发射到高空进行观测的空间望远镜(或天基望远镜)二大类。而地基望远镜中又可分为光学望远镜和射电望远镜两种。前者用于观测天体的可见光和红外波段的辐射，后者则用于观测天体射电辐射，有各种波段的地基射电望远镜。空间望远镜由于摆脱了地球大气的吸收，可以对任何波段的天体辐射进行观测。不过由于不同波段所涉及的技术差别很大，因此在天基的空间望远镜中，又分为1，射线、x光、紫外光、可见光、红外光以及射电空间望远镜。
据说最原始的望远镜是荷兰眼镜匠利帕席发明的，由一块凸透镜和一块凹透镜构成。伽利略听说后于1609年也造了一具口径4.4厘米的望远镜，并把它指向天空，用于观测天体，立竿见影地发现了一系列天文现象，包括看到了月亮上的环形山、金星的盈亏、太阳黑子、木星的四个卫星，以及把一片银河分解为众多恒星。因此我们至少可以说天文望远镜是伽利略发明的，是他开启了用望远镜观测和研究天体的先河，促进了天文学以及相关学科如数学和物理学的发展。2009年正好是天文望远镜发明和用天文望远镜开始观测天体400周年。在这一漫长的历程中，经过各种改造和新技术的引进，包括用反射镜取代透镜、照相术、光谱仪、光电光度计、速度测量仪、磁场测量仪、数码像感器、光纤技术、紫外和红外技术、主动光学和自适应光学等，使我们拥有了不同功能和威力巨大的天文望远镜家族，它们是人类探测宇宙的强大武器。
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