Per a l'exploració de l'Univers, l'home ha comptat, en primer lloc, amb la seva intel·ligència. Així, els càlculs matemàtics permeten als astrònoms predir les posicions planetàries amb anys d'antelació, ubicar i localitzar estels i altres cossos celestes o anticipar les possibilitats de xoc d'un asteroide amb la Terra. Però, a més, s'han inventat instruments astronòmics  precisos, com els telescopis, i s'han desenvolupat tècniques fotogràfiques que recullen imatges que ajuden a l'estudi dels astres i del firmament.

Fotografia del cel des de la Terra amb raigs X.

Galàxia NGC 3310 fotografiada amb raigs ultraviolats

Centre de la nostra galàxia captada amb raigs infrarojos

Satèl·lits portadors d'instruments s'han apropat i s'apropen encara als planetes i les seves llunes per a recollir diverses dades dels mateixos i enviar-los cap a la Terra. 

La nau Magellan explora Venus.

Diversos satèl·lits astronòmics s'han especialitzat en l'estudi d'alguns astres com ara el Sol. Són els observatoris solars orbitals (OSO).

Pioner 10, primer artefacte llençat a l'espai interesterlar l'any 1972, encara no ha sortit del 

Sistema Solar i s'aproxima a Plutó.

Naus tripulades, dotades d' una pantalla o escut que les protegeix de la calor intensa que es produeix quan tornen a entrar a l'atmosfera, han viatjat a l'espai proper i a la Lluna. El 20 de juliol de 1969, l'home posa per primera vegada el peu sobre la Lluna en la missió espacial de l'Apolo 11.

Fotografia del mòdul lunar de l'Apolo 11 sobrevolant  la Lluna. Al fons la Terra.

Un dels dos astronautes de l'Apolo 11 camina per la superfície lunar per primer vegada.

Naus espacials no tripulades han viatjat fins a Mart i Venus i han arribat a les proximitats de tots el planetes (llevat de Plutó) i els han fotografiat, descobrint nous anells i noves llunes invisibles des de la Terra. Han desenvolupat estudis dels asteroides i cometes dels Sistema Solar.

Exploració amb una sonda espacial de planetes i llunes.

Satèl.lits artificials al voltant de la Terra

Laboratori en l'estació espacial internacional

Una sonda espacial amb la galàxia d'Andròmeda al fons.

Tota una xarxa de radio-telescopis  en diversos punts del planeta capten les ones de radio que emeten els astres i  ens donen informació sobre ells.

Exploració del cel amb un conjunt de radio-telescopis.

Radio-telescopi Lovell.

Diversos observatoris astronòmics situats en llocs ideals del planeta per a l'observació astronòmica compten amb potents telescopis que ens permeten fotografiar estrelles, nebuloses i galàxies llunyanes. El 1990 es va llençar a l'espai, en òrbita sobre la Terra, el telescopi espacial Hubble, que té l'avantatja de no veure's limitat per la contaminació lumínica que dificulta l'observació amb telescopis situats a la Terra.

Els telescopis es localitzen en zones altes per evitar els núvols i la contaminació lumínica de les ciutats.

Cal dir, finalment, que el 1998 va començar la primera missió a la Estació Espacial Internacional, situada també a l'espai, en òrbita sobre la Terra.

El més modern telescopi del món es troba fora de l'atmosfera terrestre, en òrbita sobre la Terra: es tracta del telescopi espacial Hubble.

Roque de los Muchachos (Illes Canàries) uns dels observatoris més privilegiats de l'hemisferi nord per la seva bona visibilitat