Eksobiologia on tutkimus mahdollisista elämänmuodoista maapallon ulkopuolella. Vaikka exobiologit eivät ole vielä löytäneet lopullista näyttöä vieraasta elämästä, he viettävät aikaa etsiessään tätä todistusta ja selvittäessään tapoja, joilla elämä voisi mahdollisesti selviytyä muualla maailmankaikkeudessa. Exobiologit voivat työskennellä läheisessä yhteistyössä valtion avaruusjärjestöjen kanssa.
Elämän alkuperä kiinnostaa suuresti eksobiologeja, jotka hyödyntävät evoluutioteoriaa opinnoissaan. Kaikilla tieteellisillä aloilla, jotka voivat valaista elämäntapaa ja vuorovaikutusta ympäristönsä kanssa, on osansa eksobiologiassa. Geenitieteilijöillä, mikrobiologeilla ja jopa ei-biologisilla asiantuntijoilla, kuten geologeilla, voi olla ura eksobiologiassa.
Geenitieteilijät ja evoluutiobiologit voivat tutkia maapallolla olevien organismien geneettisiä muotoja, laittaa nämä selviytymismekanismit ympäristön kontekstiin ja esittää erilaisia teorioita siitä, miten organismit voivat elää eri planeetoilla. Mikrobiologit tulevat eksobiologian alalle, koska heidän osaamisalueensa, mikrobit, löytyy kaikkialta planeetalta erilaisissa ympäristöissä. Tärkeä hyödyllisen eksobiologiatiedon lähde tulee yksityiskohdista bakteereista ja muista mikroskooppisista organismeista, jotka elävät äärimmäisissä ympäristöissä, toisin kuin mikään muu organismin muoto.
Epätavalliset elämänmuodot maapallolla voivat myös kertoa eksobiologille mahdollisista elämänpolkuista kehittyä ja menestyä. Esimerkiksi bakteerit, jotka voivat kasvaa käyttämällä arseenia, metallia, joka on yleensä myrkyllistä, tarjoavat mekanismin eksobiologeille teoreettiseksi siitä, kuinka samankaltaiset elämänmuodot voisivat kasvaa samankaltaisissa olosuhteissa. Erittäin kuumissa lämpötiloissa elävät bakteerit voivat myös antaa tietoa siitä, kuinka elämä voisi selviytyä maapallon kaltaisen planeetan alkuaikoina, jolloin varhainen elämä joutui kamppailemaan vastaavien lämpötilojen kanssa.
Eksobiologi voi myös pystyä tarkastelemaan näytteitä ulkoavaruudesta meteoriiteista kivinäytteisiin suoraan kuusta tai planeetoilta, kuten Marsilta. Hän on saattanut myös tutkia esihistoriallisten organismien jättämiä kertoimia fossiilisia jälkiä Maasta tuleviin kiviin ja käyttää niitä vertaamaan näytekiviä mahdollisten fossiilisten jäännösten tunnistamiseksi. Tiedot, jotka eksobiologi kerää maan päällä, ovat arvokkaita selvittääkseen, mitä merkkejä vieraasta kalliosta voi edustaa.
Exobiologit voivat myös erikoistua muista planeettakappaleista otettujen kuvien tulkintaan. He saattavat pystyä tunnistamaan vesilähteiden tai merien merkkejä, vaikka ne olisivatkin muinaisia. Jotkut eksobiologit tutkivat myös tiettyjen alkuaineiden pitoisuuksia muilla planeetoilla selvittääkseen esimerkiksi, viittaako ilmakehän koostumus jonkin elämän läsnäoloon. Vuodesta 2011 lähtien exobiologit eivät olleet vielä löytäneet lopullisia todisteita maapallon ulkopuolisesta elämästä, ja tulkinnat mahdollisista elämänmerkeistä voivat olla kiistanalaisia.