Astrokemia on tieteenala, joka tutkii avaruuden atomeja ja molekyylejä sekä niiden välillä tapahtuvia reaktioita. Tämän tyyppinen tutkimus antaa tutkijoille mahdollisuuden ymmärtää enemmän siitä, miten planeetat ja tähdet muodostuvat. Kun aikoinaan luultiin, ettei tähtiä ja planeettoja ympäröivissä tiloissa ole mitään, nyt tiedetään, että löytyy monia molekyylejä. Jotkut näistä ovat tuttuja maan päällä, kuten vety, ja muut kemikaalit ovat olemassa vain avaruudessa. Uskotaan, että astrokemian tutkimus molekyylien käyttäytymisestä avaruudessa voisi antaa vihjeitä elämän alkuperästä maapallolla.
Varhaiset tähtitieteilijät käyttivät kaukoputkia, jotka pystyivät näkemään vain esineitä, jotka lähettävät valoa spektrin näkyvällä alueella. Myöhemmin tutkijat havaitsivat, että avaruudessa olevat esineet voivat myös lähettää sähkömagneettista säteilyä muista, näkymättömistä spektrin osista, mukaan lukien mikroaallot, infrapuna-, ultravioletti-, gamma-, röntgen- ja radioaallot. Astrokemialliset tutkimustekniikat käyttävät erityisiä radioteleskooppeja havaitsemaan radioaaltoja, joita kaasut ja tähdet lähettävät. Näistä saadut tiedot yhdistetään muiden instrumenttien ja kaukoputkien havaintoihin, jotka kattavat spektrin muut alueet, jotta saadaan täydellinen kuva avaruuden kemiasta.
Astrokemian tutkimuksessa on edistytty teleskooppien tullessa, jotka eivät rajoitu maahan, koska kaikki sähkömagneettisen säteilyn eri aallonpituudet eivät voi kulkea maan ilmakehän läpi. Näkyvä valo saavuttaa maan pinnan, pilvet sallivat, samoin kuin radioaallot, jotkut mikroaaltouunit ja osa infrapunasäteilystä. Ultravioletti- ja röntgenteleskoopit on sijoitettava avaruuteen, koska otsoni absorboi tällaisia säteilyjä. Gammasäteet voidaan havaita satelliittipohjaisilla laitteilla tai joskus niiden tekemillä muutoksilla, kun ne ovat vuorovaikutuksessa maapallon ilmakehän kanssa.
Tähtien välisen pölyn astrokemian tutkimuksen jälkeen on tunnistettu monia erilaisia molekyylejä ja analysoitu niiden luomiseen johtaneita prosesseja. Analyysi avaruudessa olevien jättiläisten pölypilvien astrokemiasta ja niiden vertailu maapallon molekyylireaktioihin antaa tutkijoille mahdollisuuden ymmärtää, miten maapallon kemia kehittyi samalla tavalla. Tutkimus prosesseista, joilla monimutkaisempia kemiallisia rakenteita muodostuu, antaa paremman käsityksen planeettojen ja tähtien tekemiseen liittyvästä kemiasta. Astrokemian tutkijat tutkivat myös monimutkaisten hiilimolekyylien luomista, samanlaisia kuin maanpäälliset elämänmuodot, jotka voisivat antaa tietoa siitä, miten elämä maapallolla alkoi. Jos nämä monimutkaiset molekyylit kykenevät syntymään avaruudessa, näyttäisi todennäköisemmältä, että elämää on muualla kuin Maassa.