Galvenās teorijas un pamatjēdzieni Astronomiskajos katalogos reģistrēto debess ķermeņu ir ļoti daudz. Tikai pazīstamākajiem vai spožākajiem objektiem ir doti nosaukumi. Izņēmums ir komētas, kuras nosauc atklājēja vārdā, un asteroīdi, kuru atklājējiem ir tiesības izvēlēties nosaukumu.
Attālums līdz debess ķermeņiem ir liels, tāpēc astronomijā bieži izmanto ārpussistēmas attāluma mērvienības: astronomisko vienību, gaismas gadu un parseku. Objektu lielā attāluma dēļ to starojums, kaut arī izplatās ar gaismas ātrumu, novērotāju sasniedz ar nokavēšanos. Šā iemesla dēļ novērotājs redz objektus nevis tādus, kādi tie izskatās pašlaik, bet tādus, kādi tie izskatījās agrāk. Piemēram, Andromedas galaktiku mēs redzam tādu, kāda tā bija pirms aptuveni 2,5 miljoniem gadu. Tā kā objekta attālums bieži nav precīzi zināms, astronomijā fiksē starojuma uztveršanas momentu, piemēram, zvaigznes uzliesmojuma novērošanas datumu, nevis gaismas izstarošanas momentu.
Zemei tuvāko Visuma daļu veido Saules sistēma, kuras centrālais un masīvākais debess ķermenis ir Saule. Ap Sauli riņķo astoņas lielās planētas, pundurplanētas, kā arī liels skaits komētu, asteroīdu un meteoroīdu. Daudzām planētām un pundurplanētām ir pavadoņi. Tuvāk Saulei atrodas četras Zemes grupas planētas (Merkurs, Venera, Zeme, Marss). Aiz Marsa orbītas atrodas asteroīdu josla. Tālāk izvietojušās četras milzu planētas (Jupiters, Saturns, Urāns, Neptūns). Saules sistēmas ārējā daļā atrodas Koipera josla un hipotētiskais Orta mākonis.
Zemi ietekmē citu Saules sistēmas debess ķermeņu gravitācijas spēks, kas rada plūdmaiņas, kā arī pakāpeniski maina Zemes orbītu un rotācijas ass stāvokli. Zemes apkaimi un arī virsmu sasniedz augstas enerģijas daļiņas un elektromagnētiskais starojums, kas nāk no Saules vai starpzvaigžņu vides un izraisa dažādus fizikālus efektus. Taču kopumā kosmisko faktoru ietekme uz mūsu planētu ir neliela. Izņēmums ir liela asteroīda vai komētas krišana, kam var būt katastrofiskas sekas. Astronomi seko šādiem potenciāli bīstamajiem objektiem.
Visuma struktūras pamatelements ir zvaigzne. Zvaigznes pie debesīm veido nejaušus rakstus jeb figūras. Spožāko zvaigžņu veidotās figūras reizēm sauc par zvaigznājiem. Taču precīzāk par zvaigznāju saucams noteikts debess sfēras apgabals ar visām tajā ietilpstošajām zvaigznēm un citiem objektiem, kas tajā pastāvīgi atrodas. Vienā zvaigznājā ietilpstošās zvaigznes var atrasties ļoti dažādā attālumā, līdz ar to zvaigznes redzamais zvaigžņlielums nav galvenais zvaigznes raksturlielums. Zvaigznes raksturošanai izmanto tās izstaroto enerģiju laika vienībā, t. i., starjaudu. Zvaigznēm ir atšķirīga starjauda un efektīvā temperatūra. Lielas starjaudas zvaigznes sauc par milzu zvaigznēm un pārmilzu zvaigznēm. Mazas starjaudas zvaigznes sauc par pundurzvaigznēm. Zvaigznes temperatūra nosaka tās krāsu. Izšķir zilas, baltas, dzeltenas, oranžas un sarkanas zvaigznes. Viskarstākās ir zilās zvaigznes, bet visaukstākās – sarkanās zvaigznes. Saule ir dzeltena pundurzvaigzne. Zvaigznes sastāv galvenokārt no diviem ķīmiskajiem elementiem – ūdeņraža un hēlija. Daudzu zvaigžņu centrālajā daļā notiek kodoltermiskās reakcijas, kurās ūdeņradis pārvēršas hēlijā. Tas ir galvenais zvaigžņu enerģijas avots. Zvaigznes veidojas, gravitācijas spēka iedarbībā saspiežoties lieliem gāzu un putekļu mākoņiem. Kodolreakcijas nodrošina zvaigznes spīdēšanu vairākus miljonus un pat miljardus gadu ilgi. Īsāks dzīves laiks ir lielas masas zvaigznēm, kurās kodolreakcijas notiek straujāk. Pēc ūdeņraža krājumu iztērēšanas zvaigznēs notiek pārmaiņas, kas noslēdzas ar baltā pundura, neitronu zvaigznes vai melnā cauruma izveidošanos. Iespējami arī citi zvaigžņu evolūcijas scenāriji.
Zvaigznes, to sistēmas un citi debess ķermeņi kopā ar starpzvaigžņu vidi un hipotētisko tumšo matēriju veido galaktikas. Galaktika ir otrā līmeņa Visuma struktūras elements. Tipiskā galaktikā ir daudzi miljardi zvaigžņu, kā arī zvaigžņu kopas, kur zvaigznes izvietojušās ciešāk, un miglāji, kas ir starpzvaigžņu vides sablīvējumi. Mūsu Galaktikā, kurā ir aptuveni 200 miljardi zvaigžņu, pie daudzām zvaigznēm atklātas eksoplanētas. Vērtē, ka eksoplanētu skaits mūsu Galaktikā ir aptuveni vienāds ar zvaigžņu skaitu. Ir novērtēts, ka Visuma novērojamajā daļā ir aptuveni 200 miljardi galaktiku. Galaktikas reti sastopamas atsevišķi, tās apvienojas galaktiku grupās, galaktiku kopās un galaktiku superkopās.
Galvenās astronomijas teorijas ir zvaigžņu iekšējās uzbūves teorija, zvaigžņu evolūcijas teorija, Saules sistēmas evolūcijas teorija un Visuma evolūcijas teorija jeb Lambda–aukstās tumšās matērijas modelis (Lambda cold dark matter model). Astronomijas teorijas balstās uz fizikas likumsakarībām. Zvaigžņu iekšējās uzbūves teorija, izmantojot faktus par zvaigžņu raksturlielumiem (masu, temperatūru, gāzes spiedienu, blīvumu, starjaudu), veido zvaigžņu iekšējās uzbūves matemātiskos modeļus. Zvaigžņu evolūcijas teorija skaidro, kā no starpzvaigžņu vides veidojas zvaigznes, kādi fizikāli procesi tajās norisinās, kādas raksturlielumu pārmaiņas notiek laika gaitā un kādi objekti izveidojas no zvaigznēm evolūcijas beigās. Saules sistēmas rašanās teorija skaidro, kādu procesu rezultātā izveidojās Saules sistēma un kā notika tās turpmākā attīstība. Visuma evolūcijas teorija ir plašākā un visaptverošākā astronomijas teorija. Tā skaidro, kā izveidojās Visums, kā tajā radās novērojamās elementārdaļiņas un ķīmiskie elementi, kā izveidojās zvaigznes un galaktikas, kā notika Visuma izplešanās un Visuma lielmēroga struktūras izveidošanās. Šī teorija prognozē arī Visuma turpmāko attīstību. Masīvu ķermeņu, piemēram, melno caurumu, īpatnību izskaidrošanai izmanto vispārīgo relativitātes teoriju. Tiek veidotas un eksperimentāli pamatotas jaunas teorijas, kas skaidro tumšās matērijas un tumšās enerģijas pastāvēšanu.
