Astrofizika je grana astronomije koja analizira svojstva i interakcije kozmoloških objekata na temelju poznatog fizikalnog zakona. Izraz je pomalo pogrešan, jer svatko tko se bavi astronomijom također mora biti vješt u fizici. Može se reći da je ovo područje vrlo slično područjima astronomije i kozmologije.
Dvije glavne podjele u ovom polju su promatračka i teorijska astrofizika. Ne postoji takva stvar kao što je eksperimentalna astrofizika jer su mjerila i objekti koji se promatraju previše veliki ili daleko da bi se mogli eksperimentirati s modernom tehnologijom. Budući da je svjetlosti potrebno vrijeme da doputuje do nas na Zemlji, najudaljenija područja svemira zapravo su prozori u drevni svemir, kada je svemir bio daleko gušći i energičniji. Budući da se ovo područje ponekad bavi teorijama ranog, kompaktnog svemira, može se snažno preklapati s fizikom čestica, što daje predviđanja kako bi se materija ponašala u drevnom svemiru.
Astrofizičari su poznati po proučavanju fenomena poput crnih rupa, galaksija, superklastera, neutronskih zvijezda, kvazara, Velikog praska, tamne tvari i energije, kozmičkih struna, evolucije zvijezda, kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja i mnogih drugih. Kozmos je dobra arena za proučavanje čiste fizike jer na tako velikim skalama određena vrsta elemenata koji čine objekte postaje manje značajna, a općenitije varijable, kao što su masa i brzina, preuzimaju primat. Ponekad se ovo područje naziva “proučavanjem vrlo velikih i vrlo malih”.
Astrofizičari su pridonijeli mnogim važnim uvidima u razumijevanje svemira čovječanstva. Predvidjeli su vjerojatnu starost svemira, veličinu svemira koji se može promatrati, koliko će Sunce trajati prije nego što potroši svoje nuklearno gorivo, uobičajenost crnih rupa i drugih egzotičnih nebeskih tijela, kako je svemir izgledao prije milijardi godina , prosječna temperatura međuzvjezdanog ili međugalaktičkog prostora, oblici galaksija i način na koji je materija raspoređena po svemiru koji se može promatrati. Astrofizika se uvijek nastavlja razvijati i proizvodi nove uvide u strukturu svemira.