Principalele metode de explorare a spațiului cosmic sunt observațiile astronomice și explorările spațiale. Observațiile astronomice se fac prin intermediul telescoapelor terestre sau a telescoapelor spațiale, cu ajutorul cărora se pot detecta și analiza radiații și fenomene cosmice. Explorările spațiale, realizate cu ajutorul sondelor și telescoapelor spațiale, permit obținerea de informații directe despre planete, stele, galaxii și alte obiecte cosmice, precum și studierea atmosferei și caracteristicilor fizice ale acestora.