理論天體物理學是運用基于物理學和化學原理的分析和計算模型來描述和解釋天文物體和天文現象。 天文學理論家努力創建理論模型，并根據結果預測這些模型的觀測結果。 對模型預測的現象的觀察允許天文學家在幾個替代或相互沖突的模型之間進行選擇，作為最能描述該現象的模型。

托勒密 (Ptolemy) 的天文學大成 (Almagest)，雖然是一部關于理論天文學的精彩論文，結合了實用的計算手冊，但仍然包含一些妥協，以調和地心模型與不一致的觀測結果。 通常認為現代理論天文學始于約翰內斯·開普勒（1571-1630）的工作，尤其是開普勒定律。 太陽系的描述和理論方面的歷史大多跨越 16 世紀末到 19 世紀末。

理論天體物理學建立在觀測天文學、天體測量學、天體化學和天體物理學的基礎上。 天文學很早就采用計算技術來模擬恒星和星系的形成以及天體力學。 從理論天文學的角度來看，數學表達式不僅必須相當準確，而且xxx以一種在具體問題中使用時能夠進行進一步數學分析的形式存在。 考慮到廣義相對論對大多數天體的影響微弱，大多數理論天文學都使用牛頓引力理論。 理論天體物理學并不試圖預測宇宙中每一個物體的位置、大小和溫度，但大體上集中于分析天體看似復雜但周期性的運動。

與實驗室物理學家普遍持有的信念相反，天文學促進了我們對物理學理解的增長。 物理學有助于闡明天文現象，而天文學有助于闡明物理現象：

• 萬有引力定律的發現來自月球和行星運動提供的信息，
• 核聚變的可行性已在太陽和恒星中得到證明，但尚未以受控形式在地球上重現。

將天文學與物理學相結合涉及

天文學的目的是從實驗室了解宇宙事件背后的物理和化學，以豐富我們對宇宙和這些科學的理解。

天體化學是天文學和化學學科的重疊，是研究空間中化學元素和分子的豐度和反應，以及它們與輻射的相互作用。 分子氣體云的形成、原子和化學組成、演化和命運特別令人感興趣，因為太陽系正是從這些云中形成的。

例如，紅外天文學表明，星際介質中含有一組復雜的氣相碳化合物，稱為芳烴，通常縮寫為（PAHs 或 PACs）。 這些分子主要由碳的稠合環（中性或電離狀態）組成，據說是銀河系中最常見的碳化合物類別。 它們也是隕石、彗星和小行星塵埃（宇宙塵埃）中最常見的一類碳分子。 這些化合物以及隕石中的氨基酸、核堿基和許多其他化合物，攜帶地球上非常稀有的氘 (2H) 和碳、氮和氧的同位素，證明它們來自地外。 PAHs 被認為是在炎熱的星周環境中形成的（在垂死的富含碳的紅巨星周圍）。

星際和行星際空間的稀疏性導致一些不尋常的化學反應，因為除非在最長的時間尺度上，否則不會發生對稱禁止反應。

因此，在地球上不穩定的分子和分子離子在太空中可能非常豐富，例如 H3+ 離子。 天體化學與天體物理學和核物理學在表征恒星中發生的核反應、恒星演化的后果以及恒星“世代”方面存在重疊。 事實上，恒星中的核反應會產生每一種自然產生的化學元素。 隨著恒星“世代”的推進，新形成元素的質量增加。 xxx代恒星使用元素氫 (H) 作為燃料來源并產生氦 (He)。 氫是最豐富的元素，它是所有其他元素的基本組成部分，因為它的原子核只有一個質子。 朝向恒星中心的引力會產生大量的熱量和壓力，從而導致核聚變。