Astrofyzika je vědní obor ležící na rozhraní fyziky a astronomie. Zabývá se fyzikou vesmíru, včetně fyzikálních vlastností (svítivost, hustota, teplota, chemické složení) astronomických objektů jako jsou hvězdy, galaxie a mezihvězdná hmota, jakož i jejich vzájemné působení.

V astrofyzice je velmi využívána počítačová simulace a počítačové modelování.

Astrofyzika studuje například vývoj vesmíru, vývoj hvězd.

Odborník v oblasti astrofyziky je astrofyzik.

Na začátku devatenáctého století si Fraunhofer všiml spektrálních čar v elektromagnetickém záření Slunce. Experimenty s horkými plyny ukázaly, že stejné spektrální čáry mohou být viděny v pozorovatelném spektru, a že tyto čáry jsou specifické pro jednotlivé prvků.

Toto, prokázalo, že prvky, přítomné ve Slunci, existují také na Zemi. Ve skutečnosti byl první prvek helium objeven ve spektru Slunce, a pak v laboratoři na Zemi. Tento objev je považován jako mezník a zrození astrofyziky jako samostatné vědeckého oboru.

Ve dvacátém století, spektrometrie (studium spektrálních čar), velmi pokročila, což s objevy ve kvantové mechanice vedlo ke shodě a pochopení experimentů v laboratořích s pozorováním oblohy.

Podle metod výzkumu těchto objektů se dělí na fotometrii, spektroskopii, radioastronomii, astrofyziku rentgenovou, infračervenou, ultrafialovou a neutrinovou.

Každý z těchto podoborů se dále dělí na praktickou a teoretickou část. Praktická získává potřebná data. Teoretická s pomocí fyzikálních zákonů vysvětluje pozorované chování vesmírných těles.