Astrofysiikka on tähtitieteen haara, joka analysoi kosmologisten esineiden ominaisuuksia ja vuorovaikutusta tunnetun fyysisen lain perusteella. Termi on hieman harhaanjohtava, sillä jokaisen tähtitieteen parissa työskentelevän on myös hallittava fysiikka. Voidaan sanoa, että tämä ala on hyvin samanlainen kuin tähtitieteen ja kosmologian alat.
Tämän alan kaksi pääryhmää ovat havainnointi ja teoreettinen astrofysiikka. Ei ole olemassa sellaista asiaa kuin kokeellinen astrofysiikka, koska tarkkailtavat asteikot ja esineet ovat aivan liian suuria tai kaukana kokeilemaan nykyaikaista tekniikkaa. Koska valo vie aikaa matkustaakseen meille maan päällä, maailmankaikkeuden kaukaisimmat alueet ovat itse asiassa ikkunat muinaiseen universumiin, jolloin maailmankaikkeus oli paljon tiheämpi ja energisempi. Koska tämä kenttä käsittelee joskus varhaisen, kompaktin maailmankaikkeuden teorioita, se voi olla päällekkäin hiukkasfysiikan kanssa, mikä antaa ennusteita aineen käyttäytymisestä muinaisessa universumissa.
Astrofysiikan tiedetään tutkivan sellaisia ilmiöitä kuin mustat aukot, galaksit, superklusterit, neutronitähdet, kvasaarit, alkuräjähdys, tumma aine ja energia, kosmiset merkkijonot, tähtien kehitys, kosminen mikroaaltosäteily ja monet muut. Kosmos on hyvä areena puhtaan fysiikan opiskeluun, koska niin suurissa mittakaavoissa tietyistä esineistä koostuvista elementteistä tulee vähemmän merkittäviä, ja yleisemmät muuttujat, kuten massa ja nopeus, ovat etusijalla. Joskus tätä alaa kutsutaan ”suurten ja hyvin pienten tutkimukseksi”.
Astrofyysikot ovat antaneet monia tärkeitä oivalluksia ihmiskunnan ymmärryksestä maailmankaikkeudesta. He ovat ennustaneet maailmankaikkeuden todennäköisen iän, havaittavan maailmankaikkeuden koon, kuinka kauan aurinko kestää ennen kuin se käyttää ydinpolttoaineensa loppuun, mustien aukkojen ja muiden eksoottisten taivaankappaleiden yleisyyden, miltä maailmankaikkeus näytti miljardeja vuosia sitten , tähtienvälisen tai galaksienvälisen avaruuden keskilämpötila, galaksien muodot ja tapa, jolla aine jakautuu havaittavissa olevaan universumiin. Astrofysiikka kehittyy aina ja tuottaa uusia oivalluksia maailmankaikkeuden rakenteesta.