Các nhà thiên văn học nghiên cứu các hiện tượng thiên thể, sử dụng nhiều loại kính thiên văn trên mặt đất và trên không gian cùng các dụng cụ khoa học. Họ hợp tác với các nhà thiên văn học khác để thực hiện các dự án nghiên cứu. Họ cũng phân tích dữ liệu nghiên cứu để xác định ý nghĩa của dữ liệu, sử dụng máy tính. Các nhà thiên văn học trình bày các phát hiện nghiên cứu tại các hội nghị khoa học và trong các bài báo viết cho các tạp chí khoa học. Họ hướng dẫn các sinh viên sau đại học và các đồng nghiệp trẻ.