Vienā laikā visiem cilvēkiem bija jāaplūko debesis, un tās bija viņu neapbruņotās acis. Brīnumi, par kuriem atklājās šis process, bija pietiekami daudz, taču Galileo teleskopa ieviešana notika agri 17. gadsimts iezīmēja lielu un arvien progresējošu tehnoloģisko lēcienu uz priekšu, kad cilvēce pētīja debesis. Mūsdienās dažādi optiskie un neoptiskie instrumenti turpina paplašināt mūsu izpratni un novērtējumu par Kosmosu.
Optiskie teleskopi
Tagad neaizstājamā optiskā teleskopa instrumenta aizsācējs bija Galileo Galilejs 1609. gadā, lai gan citi līdz tam bija izveidojuši līdzīgus rīkus. Viņš izmantoja savu "trīs dzinēju glāzi", lai atklātu četrus galvenos Jupitera pavadoņus, kā arī daudzas līdz šim nezināmas mēness pazīmes. Gadsimtu gaitā teleskopi attīstījās no vienkāršiem rokas priekšmetiem līdz uzstādītiem zvēriem kalnu virsotņu observatorijās un visbeidzot teleskopi, kas riņķo ap zemi kosmosā, kas ieviesa priekšrocību, novēršot vizuālo atmosfēras traucējumus laukā. Mūsdienu teleskopi spēj redzēt gandrīz līdz zināmā Visuma malai, ļaujot cilvēcei ieskatīties daudzu miljardu gadu laikā.
Radioteleskopi
Atšķirībā no parastajiem teleskopiem radioteleskopi atklāj un novērtē debess objektus, izmantojot nevis to izstarotos gaismas viļņus, bet gan radioviļņus. Šie teleskopi nav cauruļveida, bet tiek veidoti parabolisko trauku veidā un bieži ir sakārtoti blokos. Tikai šo teleskopu rezultātā tādi objekti kā pulsāri un kvazāri ir kļuvuši par astronomiskās leksikas sastāvdaļu. Kamēr redzami objekti, piemēram, zvaigznes un galaktikas, izstaro radioviļņus, kā arī gaismas viļņus, citus var noteikt tikai ar radioteleskopiem.
Spektroskopi
Spektroskopija ir dažādu gaismas viļņu garumu izpēte. Daudzi no šiem viļņu garumiem cilvēka acīm ir redzami kā atšķirīgas krāsas; piemēram, prizma vienkāršo gaismu atdala dažādos spektros. Spektroskopijas ieviešana astronomijā radīja astrofizikas zinātni, jo tā ļauj izsmeļoši analizēt tādus objektus kā zvaigznes, kas nav tikai vizualizācija. Piemēram, astronomi tagad var ievietot zvaigznes dažādās zvaigžņu klasēs, pamatojoties uz to atšķirīgajiem spektriem. Katram ķīmiskajam elementam ir savs "paraksta" spektrālais modelis, tāpēc ir iespējams analizēt zvaigznes sastāvs no tūkstošiem gaismas gadu attālumā ar nosacījumu, ka astronomi to var savākt gaisma.
Zvaigžņu diagrammas
Bez teleskopiem, binokļiem un citiem novērošanas instrumentiem zvaigžņu kartes neeksistētu tāpat kā šodien. Bet zvaigžņu kartes papildus astronomu un astronomijas cienītāju kalpošanai par debesīm ir kalpojušas par svarīgiem instrumentiem arī ārpus astronomijas dzīves jomās, piemēram, jūras navigācijā. Internets un citi mūsdienu plašsaziņas līdzekļi ir izveidojuši zvaigžņu diagrammas - daudzas no tām ir interaktīvas - visas, izņemot visuresošās. Bet zvaigžņu diagrammas kaut kādā formā ir bijušas jau daudzus gadu tūkstošus. Patiešām, 1979. gadā arheologi atklāja ziloņkaula tableti, kuras vecums bija vairāk nekā 32 500 gadu, un, domājams, tajā cita starpā bija attēlots Oriona zvaigznājs.