Gözlemsel astronomi ile teorik astrofiziğin farkı, kullandıkları yöntemler ve amaçlarıdır. Gözlemsel astronomi, teleskoplar, dedektörler ve diğer araçlar kullanarak gök cisimlerini ve olaylarını gözlemleyerek veri toplamaya odaklanır. Teorik astrofizik ise bu verileri analiz ederek, gök cisimlerinin ve olaylarının fiziksel yapısını, işleyişini ve evrimini açıklamak için matematiksel modeller ve simülasyonlar geliştirmeye odaklanır. Bu iki dal birbirini tamamlar ve destekler. Gözlemsel astronomi, teorik astrofiziğin test edilmesi ve doğrulanması için gerekli verileri sağlar. Teorik astrofizik ise gözlemsel astronomiye, gözlemleri yorumlamak ve yeni tahminler yapmak için gerekli teorileri ve modelleri sağlar. Gözlemsel astronomi ve teorik astrofizik, elektromanyetik spektrumun farklı bölgelerine göre de alt dallara ayrılabilir. Örneğin, optik astronomi, kızılötesi astronomi, radyo astronomi, X-ışını astronomi, gama ışını astronomi gibi.
