Các nhà thiên văn học nghiên cứu các hiện tượng thiên văn, sử dụng nhiều loại kính viễn vọng trên mặt đất và trên không gian cùng các thiết bị 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 chúng bằng máy tính. Các nhà thiên văn học trình bày kết quả nghiên cứu tại các hội nghị khoa học và trong các bài báo đăng trên các tạp chí khoa học. Họ cũng hướng dẫn sinh viên cao học và đồng nghiệp trẻ.