Jedno vrijeme su svi ljudi morali gledati u nebesa svojim golim očima. Čuda koja je ovaj proces otkrio bila su dovoljno obilna, ali uvođenje Galilejeva teleskopa u rano vrijeme 17. Stoljeće obilježilo je veliki i neprestano tehnološki skok naprijed u istraživanju čovječanstva nebo. Danas različiti optički i neoptički instrumenti nastavljaju širiti naše razumijevanje i uvažavanje kozmosa.
Optički teleskopi
Sada neizostavni instrument optičkog teleskopa pionir je Galileo Galilei 1609. godine, iako su drugi do tada stvorili slične alate. Upotrijebio je svoj "špijun" s tri motora kako bi otkrio četiri glavna mjeseca Jupitera, kao i brojne ranije nepoznate značajke Mjeseca. Tijekom stoljeća teleskopi su se razvili od jednostavnih ručnih predmeta do montiranih zvijeri na zvjezdarnicama na gorskim vrhovima i konačno do teleskopi koji kruže oko zemlje u svemiru, što je donijelo prednost uklanjanja atmosferskih izobličenja vida polje. Današnji teleskopi mogu vidjeti gotovo do ruba poznatog svemira, pružajući čovječanstvu uvid u prošlost, milijardama godina.
Radio teleskopi
Za razliku od konvencionalnih teleskopa, radio teleskopi otkrivaju i procjenjuju nebeske objekte ne koristeći svjetlosne valove koje emitiraju već svoje radio valove. Umjesto da su cjevasti, ovi su teleskopi izgrađeni u obliku paraboličnog posuđa i često su raspoređeni u nizove. Tek kao rezultat ovih teleskopa objekti poput pulsara i kvazara postali su dio astronomskog leksikona. Dok vidljivi predmeti poput zvijezda i galaksija emitiraju radio valove kao i svjetlosne valove, druge može otkriti samo radio teleskop.
Spektroskopi
Spektroskopija je proučavanje različitih valnih duljina svjetlosti. Mnoge od tih valnih duljina ljudskom su oku vidljive kao različite boje; na primjer, prizma razdvaja običnu svjetlost u različite spektre. Uvođenje spektroskopije u astronomiju rodilo je znanost astrofizika, jer omogućuje iscrpnu analizu objekata poput zvijezda, što puka vizualizacija ne čini. Na primjer, astronomi sada mogu smjestiti zvijezde u različite zvjezdane klase na temelju njihovih različitih spektara. Svaki kemijski element ima svoj spektralni uzorak "potpisa", pa je moguće analizirati sastav zvijezde udaljene tisuće svjetlosnih godina pod uvjetom da je astronomi mogu prikupiti svjetlo.
Ljestvice zvijezda
Bez teleskopa, dvogled i drugih instrumenata za promatranje, zvjezdane karte ne bi postojale kao danas. Ali zvjezdane karte, osim što su astronomima i pukim ljubiteljima astronomije služile kao vodiči do neba, poslužile su i kao važan alat u neastronomskim područjima života, poput nautičke plovidbe. Internet i drugi moderni mediji stvorili su zvjezdane ljestvice - od kojih su mnoge interaktivne - sve samo ne sveprisutne. No, zvjezdane karte postoje u nekom obliku već tisućljećima. Zapravo, 1979. godine arheolozi su otkrili ploču od bjelokosti staru više od 32.500 godina i za koju se vjeruje da između ostalog prikazuje zviježđe Orion.