Fiziğin astronomideki uygulamaları, evrenin yapısını, hareketlerini ve nesnelerini anlamamıza yardımcı olur. Örneğin, fizik kanunları sayesinde gezegenlerin, yıldızların ve galaksilerin hareketleri açıklanabilir. Ayrıca, elektromanyetik dalgalar teorisi sayesinde teleskoplarla gök cisimlerinden gelen ışık incelenebilir ve böylece yıldızların özellikleri hakkında bilgi edinilebilir. Termodinamik, kuantum mekaniği ve genel görelilik gibi fizik alanları da astronomide önemli roller oynar. Bu sayede kara delikler, karanlık madde ve evrenin genişlemesi gibi olaylar araştırılabilir.