Astrofyzika se zaměřuje na fyzikální vlastnosti a procesy kosmických objektů, jako jsou hvězdy, planety, galaxie, černé díry a mezihvězdná hmota, včetně zkoumání raného vesmíru a kosmologie.
Úzce spolupracuje s astronomií při sběru dat, s fyzikou při formulaci teorií a modelů, s matematikou při jejich popisu a často i s informatikou pro simulace a analýzu velkých datových souborů.
Mezi častá témata patří povaha temné hmoty a temné energie, detekce gravitačních vln, hledání exoplanet a života mimo Zemi, a také přesné pochopení mechanismů vzniku a evoluce galaxií.
Technologický pokrok, zejména ve vývoji teleskopů, detektorů a kosmických sond, umožňuje sbírat detailnější data a pozorovat jevy dříve nedostupné, čímž zásadně posouvá naše poznání vesmíru.
Astrofyzika se zabývá jak ranými fázemi vesmíru po Velkém třesku, tak i budoucími scénáři jeho expanze, chladnutí a případného kolapsu, analyzuje historii a dlouhodobou dynamiku kosmických struktur.
