如果一個人長久地盯著夜空，他會瞭解到天文學（或者，如果天空太亮，那就是占星術。這是另一個話題了）。到文藝復興時，研究空間物體的天文學既不是一門科學，也不會讓人特別想去學習它；直到1543年尼古拉•哥白尼發表了關於太陽系的日心說。伽利略使用望遠鏡這一新奇蹟對哥白尼的理論加以辯護、修正和擴展。「科學革命」的關鍵人物約約翰內斯•開普勒緊接著設計了一個數學系統，詳細介紹了行星的運動。幾十年後，牛頓使用他發明的反射望遠鏡，依靠天體力學的發展和萬有引力定律，研究出了力學。

天文學的重大進展通常都伴隨著新技術的採用，當研究無限的空間時，它能幫助人們看到更多更遠的事物，或者看到其他範圍內的事物。越來越先進的望遠鏡讓威廉•赫雪爾創作了星雲和星團的詳細目錄，同時在1781年「發現了」天王星。1838年，德國人弗里德里希•貝塞爾第一次設法測量了到一顆恆星（61 天鵝座）的距離。光譜儀和攝影技術推動了天文知識向前發展，尤其是當科學家認識到其他的恆星在組成方面和太陽很相似，比如各式各樣的團塊、溫度和大小。

直到20世紀早期，天文學家才最終認識到我們的系統只是銀河系（也就是「銀河」）的一部分，銀河系裡還漂浮著很多其他星系。通過使用各種神秘難懂的望遠鏡，人們發現在這些星系裡面和星系之間有各種各樣奇異的東西，比如類星體、脈衝星、燃燒體、射電星系、黑洞、中子星等，甚至還有些在太空裡繞地球旋轉，人為污染並不會影響人們對太空夜空的學術觀察。