一些天体生物学的研究课题包括:
什么是生命?
生命怎样在地球诞生?
生命能忍受怎样的环境?
我们怎样才能决定生命有否在其他星球上存在?能找到复杂生命体的机会有多大?
在其他星球上，构成生命的基本物质会是什么?(是否基于脱氧核糖核酸?)
天体化学和宇宙化学
天体化学研究宇宙中元素和分子的丰度，以及它们和辐射的相互作用;还研究星际间气体和尘埃间的相互作用，特别是分子气体云的形成、相互作用和毁灭。天体化学和天文学以及化学有相互交叉之处。天体化学的研究范围包含了太阳系行星际物质和星际物质。而研究陨石等太阳系物质元素丰度和同位素比例的学科又被称为“宇宙化学“;研究星系物质中原子和分子以及前述物质和辐射相互作用的学科有时候称为“原子和分子天文物理学“。天体化学最主要研究星际分子云的形成、组成成分、演化和最终结局，因为这些相关知识与太阳系如何形成有关联。
许多年来，天文学家缺少星际间的化学知识，认为星际间只是黑暗，无物。1950至60年代出现射电天文学，开始有令人兴奋的发现;观察氢分子的21公分线显示星际间有丰富的氢、氦、碳、氮等的各种化合物。从空间的微波谱发现，有180种类型的碳，氮等分子的拼料。这些分子绕化学键转动时就产生能量。研究这些新发现的化合物可以为我们提供很有价值的科学信息:这些分子(化合物)很有可能是生命的先驱;由于宇宙间稀薄的气体性质使在地球上不能实现的化学反应在星际间能实现，进而令人认识新的反应过程。
天体物理学
天体物理学是研究宇宙的物理学，这包括星体的物理性质(光度，密度，温度，化学成分等等)和星体与星体彼此之间的相互作用。应用物理理论与方法，天体物理学探讨恒星结构、恒星演化、太阳系的起源和许多跟宇宙学相关的问题。由于天体物理学是一门很广泛的学问，天文物理学家通常应用很多不同的学术领域，包括力学、电磁学、统计力学、量子力学、相对论、粒子物理学等等。由于近代跨学科的发展，与化学、生物、历史、计算机、工程、古生物学、考古学、气象学等学科的混合，天体物理学目前大小分支大约三百到五百门主要专业分支，成为物理学当中最前沿的庞大领导学科，是引领近代科学及科技重大发展的前导科学，同时也是历史最悠久的古老传统科学。
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