Astrofysik är en gren av astronomi som analyserar egenskaper och interaktioner hos kosmologiska objekt baserat på känd fysisk lag. Begreppet är lite missvisande, eftersom alla som går in i astronomi också måste vara skickliga i fysik. Man kan säga att detta område är mycket likt områdena astronomi och kosmologi.
De två huvudindelningarna inom detta område är observationell och teoretisk astrofysik. Det finns inget sådant som experimentell astrofysik eftersom skalorna och objekten som observeras är alldeles för stora eller långt borta för att experimentera med modern teknik. Eftersom ljus tar tid att resa till oss på jorden, är de mest avlägsna regionerna i universum faktiskt fönster in i det antika universum, när universum var mycket tätare och mer energiskt. Eftersom detta fält ibland handlar om teorier om det tidiga, kompakta universum, kan det överlappa kraftigt med partikelfysik, vilket ger förutsägelser om hur materia skulle bete sig i det antika universum.
Astrofysiker är kända för att studera sådana fenomen som svarta hål, galaxer, superkluster, neutronstjärnor, kvasarer, Big Bang, mörk materia och energi, kosmiska strängar, stjärnutveckling, kosmisk mikrovågsbakgrundsstrålning och många andra. Kosmos är en bra arena för att studera ren fysik eftersom på så stora skalor blir den speciella typen av element som utgör föremål mindre betydelsefulla och mer generella variabler, såsom massa och hastighet, har företräde. Ibland kallas detta fält ”studiet av det mycket stora och det mycket små.”
Många viktiga insikter till mänsklighetens förståelse av universum har bidragit med astrofysiker. De har förutspått universums sannolika ålder, storleken på det observerbara universum, hur länge solen kommer att vara innan den förbrukar sitt kärnbränsle, vanliga svarta hål och andra exotiska himlakroppar, hur universum såg ut för miljarder år sedan , medeltemperaturen i det interstellära eller intergalaktiska rymden, galaxernas former och hur materia är fördelad över det observerbara universum. Astrofysiken fortsätter alltid att utvecklas och producera nya insikter om universums struktur.