天文学研究的对象有极大的尺度，极长的时间，极端的物理特性，因而地面试验室很难模拟。因此天文学的研究方法主要依靠观测。
由于地球大气对紫外辐射、X射线和γ射线不透明，因此许多太空探测方法和手段相继出现，例如气球、火箭和航天器等。例如，除了中微子外，还有一种来自宇宙深处的称为宇宙线的高能粒子流，也在不断地轰击地球，并且可以到达地球表面。天文学的理论常常由于观测信息的不足，天文学家经常会提出许多假说来解释一些天文现象。然后再根据新的观测结果，对原来的理论进行修改或者用新的理论来代替。这也是天文学不同于其他许多自然科学的地方。
天文现象
天文现象是天体到了某个特***置（客观上的位置）或状态而造成的特殊现象。随着戴维斯的成功，物理学家们在北美、欧洲和日本的矿井或隧道中建造了几处第二代中微子检测器。有些天文现象是占星术上的热门话题，事实上观测天文现象是研究和拍摄天体的好机会，例如小行星掩星的联合观测可测定小行星的形状和大小。一些特定天象的观测活动成为业余天文爱好者们的乐趣。天体与天体之间的掩食现象，主要如“食”“掩”“凌”等现象。如：日食：日全食、日偏食及日环食月食：月全食及月偏食、半影月食。
对天文学家来说，中微子所具有的 难以捉摸的 特性既有好处又有坏处。好处是，中微子几乎不与别的 物质发生相互作用，这意味着它们很容易从形成它们的 区域中逃逸出来，并把这些区域的 信息带给我们。
例如，在太阳的 核心区域，中微子在核聚变中产生之后，可以毫发无损地穿过太阳外层和地球的 大气层，这使得我们可以通过对中微子的 检测来研究太阳内部的 活动。坏处也十分明显，那就是中微子的 检测极端困难。
建造在地下的 中微子探测器
如果我们想要通过中微子去探索太空，那么我们必须要解决两个问题。同时，这些水又起着介质的作用，使得物理学家得以检测到这种相互作用。个问题是我们已经谈论过的 ：中微子与其他物质的 相互作用极其微弱。解决这个问题的 办法比较简单，就是可以把大量的 物质放入一个大容器中，增加两者发生相互作用的 概率。第2个问题就比较微妙了。当我们“检测”到一颗中微子的 时候，我们实际上并没有发现或捕到这颗中微子，而是发现一颗原子发生了某种非同寻常的 变化。研究人员把出现这种奇特的 现象归因于一颗看不见的 中微子。