Возможности зрения многократно усиливаются и обогащаются благодаря применению телескопов и радиотелескопов, фотографии и электроники.
Самые большие наземные телескопы имеют мозаичные зеркала диаметром в 10 метров (обсуждаются проекты создания и гораздо больших инструментов). Их устанавливают в горах, в тех местах Земли, где атмосфера особенно прозрачна.
Вогнутые зеркала (с системами линз) концентрируют излучение на небольшой площади приемника излучения (глаз, фотографическая пластинка, электрофотометр, спектрограф и т.д.). Применяя длинные экспозиции при фотографировании, можно изучать светила в миллионы раз более слабые, чем те, которые еще доступны невооружённому глазу. Сопоставляя результаты наблюдений в разное время, можно изучать движения звезд, находить расстояния до них, исследовать изменения блеска и положения линий в спектрах переменных и двойных звезд.
В последние 50 лет результаты оптических наблюдений существенно дополняются наблюдениями в радиодиапазоне.
Еще один источник данных о космосе появился благодаря успехам космонавтики (4 октября 1957 года - международно признанная дата начала космической эры). Весьма эффективным оказался телескоп имени Хаббла, обращающийся вокруг Земли за пределами её атмосферы. В поле зрения этого телескопа с диаметром зеркала 2,4 м оказывается в разное время практически любая область неба. Благодаря отсутствию помех со стороны земной атмосферы этот телескоп по своим возможностям не уступает крупнейшим телескопам, установленным на поверхности Земли.
Космические летательные аппараты (КЛА) проводили исследования поверхностей Луны, Марса, атмосфер Юпитера, Венеры, а также других планет (в том числе, астероидов), их спутников, комет и атмосферы Солнца при пролёте на небольших расстояниях от них. При помощи лунных экспедиций и возвращаемых автоматических станций на Землю доставлены образцы пород из разных участков поверхности нашего спутника.
Весь поток получаемой таким путём космической информации обрабатывается и анализируется при помощи быстродействующих компьютеров. В частности, без такой помощи было бы очень трудно строить модели звездных систем и самих звезд.