På et tidspunkt var alle mennesker nødt til at se på himlen var deres blotte øjne. De vidunder, som denne proces afslørede, var rigelige nok, men introduktionen af Galileos teleskop tidligt 17. århundrede markerede et stort og stadigt fremskridt teknologisk spring fremad i menneskehedens udforskning af himlen. I dag fortsætter en række forskellige optiske og ikke-optiske instrumenter med at udvide vores forståelse og forståelse af kosmos.
Optiske teleskoper
Det nu uundværlige optiske teleskopinstrument blev banebrydende af Galileo Galilei i 1609, skønt andre havde skabt lignende værktøjer dengang. Han brugte sin "tre-drevne spyglass" til at opdage de fire hovedmåner af Jupiter samt adskillige tidligere ukendte træk ved månen. I løbet af århundrederne udviklede teleskoper sig fra enkle håndholdte genstande til monterede dyr på bjergtop observatorier og endelig til teleskoper, der kredser om jorden i det ydre rum, hvilket indførte fordelen ved at eliminere atmosfærisk forvrængning af det visuelle Mark. Dagens teleskoper er i stand til at se næsten til kanten af det kendte univers, hvilket giver menneskeheden et glimt tilbage i tiden mange milliarder år.
Radioteleskoper
I modsætning til konventionelle teleskoper registrerer og vurderer radioteleskoper himmelobjekter ved hjælp af ikke de lysbølger, de udsender, men deres radiobølger. I stedet for at være rørformede, er disse teleskoper bygget i form af parabolske retter og er ofte arrangeret i arrays. Kun som et resultat af disse teleskoper er genstande som pulsarer og kvasarer blevet en del af det astronomiske leksikon. Mens synlige genstande såsom stjerner og galakser udsender radiobølger såvel som lysbølger, kan andre kun detekteres af radioteleskoper.
Spektroskoper
Spektroskopi er studiet af forskellige lysbølgelængder. Mange af disse bølgelængder er synlige for det menneskelige øje som forskellige farver; et prisme, for eksempel, adskiller almindeligt lys i forskellige spektre. Introduktionen af spektroskopi i astronomi fødte videnskaben om astrofysik, for den giver mulighed for en udtømmende analyse af objekter som stjerner, hvilket blot visualisering ikke gør. For eksempel kan astronomer nu placere stjerner i forskellige stjerneklasser baseret på deres forskellige spektre. Hvert kemisk element har sit eget "signatur" spektrale mønster, så det er muligt at analysere sammensætning af en stjerne fra mange tusinde lysår væk, forudsat at astronomer kan samle dens lys.
Stjernekort
Uden teleskoper, kikkert og andre observationsinstrumenter ville stjernekort ikke eksistere som de gør i dag. Men stjernekort, ud over at tjene som vejledninger til himlen for astronomer og blotte astronomibuffere, har tjent som vigtige redskaber i ikke-astronomiske områder af livet, såsom søfartsnavigation. Internettet og andre moderne medier har gjort stjernekort - mange af dem interaktive - alt andet end allestedsnærværende. Men stjernekort har eksisteret i en eller anden form i mange årtusinder. Faktisk opdagede arkæologer i 1979 en elfenbenstablet, der var dateret over 32.500 år gammel og menes at skildre blandt andet konstellationen Orion.