天體化學學()既是天文學的一個主要分支，也是數學學的分支之一，它是借助數學學的技術、方法和理論來研究天體的形態、結構、物理條件、化學組成和演變規律的學科。
天體化學學分為：太陽化學學、太陽系化學學、恒星化學學、恒星天文學、行星數學學、星系天文學、宇宙學、宇宙物理、天體演物理等分支學科。另外，射電天文學、空間天文學、高能天體化學學也是它的分支。
用數學學的技術和技巧剖析來自天體的電磁幅射，可得到天體的各類化學參數。按照這種參數運用數學理論來闡述發生在天體上的化學過程，及其演化是實測天體化學學和理論天體化學學的任務。
天體上發覺的個別獨特現象也能啟發和促進現代數學學的發展天體物理理論，一些天體所具有的極端條件和宇宙環境為數學學提供了極好的天然實驗室。而理論化學學中的幅射、原子核、引力、等離子體、固體和基本粒子等理論，為研究類恒星、宇宙線、黑洞脈沖星、星際塵埃、超新星爆發奠定了基礎。
天體化學學是研究宇宙的化學學，這包括星系的化學性質（光度，密度，濕度，物理成份等等）和恒星與星系彼此之間的互相作用。應用數學理論與技巧闡述星體結構、恒星演變、太陽系的起源和許多跟宇宙學相關的問題。
天體化學學涉及的領域廣泛，天文數學學家一般應用不同事科的方式，包括熱學、電磁學、統計熱學、量子熱學、相對論、粒子化學學等進行研究。
隨著近代跨學科的發展，其與物理、生物、歷史、計算機、工程、古生物學、考古學、氣象學等學科混和，天體化學學大小分支大概三百到五百門主要專業分支，成為數學學當中最前沿的龐大領導學科，是推動近代科學及科技重大發展的前導科學，同時也是歷史最悠久的古老傳統科學。
測量儀器
天體化學實驗數據大多數是依賴觀測電磁幅射獲得。比較冷的恒星，像星際物質或星際云會發射無線電波。大爆燃后，經過紅移，遺留出來的微波，稱為宇宙微波背景幅射。研究這種微波須要特別大的無線電望遠鏡。
因為月球大氣層的干擾，紅外線、紫外線、伽馬射線和X射線天文學必須使用人造衛星在月球大氣層外做觀測實驗。
光學天文學一般使用改裝電荷耦合器件和波譜儀的望遠鏡來做觀測。因為大氣層會干涉觀測數據的品質，還必須配備調適光學系統，或使用太空望遠鏡，能夠得到最優良的影像。在這卷積里，星體的可見度十分高。借著觀測物理頻譜，可以剖析星體、星系和星云的物理成分。
不僅宇宙線的粒子偵測、隕石的實驗室剖析、宇宙飛行器對太陽系天體的實地取樣和剖析，以及尚在努力探求中的引力波觀測之外，關于天體的信息都來自電磁幅射。天體化學儀器的作用是對電磁幅射進行搜集定位、變換和剖析處理。電磁幅射的搜集和定位是由望遠鏡(包括射電望遠鏡)來實現的。
從幅射的連續譜可以判定幅射的機制，還可以獲知天體的表面水溫；從早型星的巴耳末系限上的跳變，可以獲知天體的表面壓力；由UBV對焦系統也可簡略地確定星體的光度和氣溫值。從線譜可以獲得更多的信息：視向速率、電子體溫、電子密度、化學組成、激發氣溫端流速率。對雙星的觀測研究，可以得到天體的直徑、質量和光度等重要數據。研究脈動變星的光變周期與光度之間的關系，可以確定天體的距離。
理論模型
理論天體化學學家的工具包括剖析模型和計算機模擬。天文過程的剖析模型經常能使學者更深刻地理解內中奧妙；計算機模擬可以突顯出一些特別復雜的現象或效應。
大爆燃模型的兩個理論棟梁是廣義相對論和宇宙學原理。因為太初核合成理論的成功和宇宙微波背景幅射實驗否認，科學家確定大爆燃模型是正確無誤。學者又成立了ΛCDM模型來解釋宇宙的演進，這模型囊括了宇宙膨脹（）、暗能量、暗物質等等概念。
幅射轉移理論是解釋已知星象的有力工具，并且還可以預言仍未觀測到的天體和星象。以幅射轉移理論為基礎構建的星體大氣理論，以熱核聚變概念為基礎發展上去的元素合成理論、恒星內部結構理論和天體演變理論，乃是理論天體化學學的基礎。
研究人員
理論天體化學學家及實測天體化學學家分別飾演這門學科當中的兩大主力研究者，二者專業分工。理論天體化學學家一般飾演大膽假定的研究者，理論不斷推陳出新，對于數據的驗證關心程度較低，假定程度太高時，常常會演弄成偽科學，通常都是天體化學學研究者當中的激進人士。
實測天體化學學家一般本身精通理論天體化學，在相當程度上來說也有能力自行發展理論，飾演當心求證的研究者，一般是化學實證主義的秉持者，只相信觀測數據，時常對理論天體化學學所提出的假說進行證偽或否認的活動，通常都是天體化學學研究者當中的保守人士。
研究對象
太陽是離月球近來的一顆普通星體。對太陽的研究，經歷了從研究它的內部結構、能量來源、化學組成和靜態表面結構，到使用多波段電磁幅射研究它的活動現象的過程。太陽風的影響才能為我們直接體會。日地關系密切，所以研究有關月球的科學，必須考慮太陽的誘因。
對行星的研究是天體化學學的一個重要方面。近二六年來，對慧星的研究以及對行星際物質的分布、密度、溫度、磁場和物理組成等方面的研究，都取得了重要成果。隨著空間偵測的進展，太陽系的研究又成為最活躍的領域之一。
二百多年來，關于太陽系的起源和演變問題已提出四十多種學說，但至今還沒有一個學說被覺得是建立的而被普遍接受。近三六年來這方面有了很大進展，大多數天文學家贊同的星體演物理說是所謂的“彌漫說”，但也有少數人覺得星體是由超密物質轉化而成的。
特殊星體更是多種多樣：造父變星的光變周期為1～50天，光變幅為0.1～2個星等；長周期變星的光變周期為90～1000天，光變幅為2.5～9個星等；天龍座RR型變星的光變周期為0.05～1.5天，光變幅不超過1～2個星等；雙子座T型變星光變不規則各類各樣的星體，為研究星體的產生和演變規律提供了樣品。另外，天體上特殊的化學條件，在月球上常常并不具備，借助天彰顯象探求化學規律，是天體化學學的重要職能。
通過多年研究，人們對銀河系的整體圖象以及太陽在銀河系中的地位，有了比較正確的認識。銀河系的半徑為十萬光年，厚兩萬光年。通過對銀河系星體集團的研究，構建和否認了星族和銀河系次系等概念。對銀河系自轉、旋臂結構、銀核和銀暈也進行了大量研究。
河外星系與銀河系屬于同三天體層次。星體按形態大致分為五類：漩渦星體、棒旋星體、透鏡型星體、橢圓星體、不規則星體。按星體的質量大小，又可分為矮星體、巨星系、超球星系，它們的質量依次約為太陽的一百萬到十億倍、幾百億倍和萬億倍以上。同銀河系一樣，星體也由星體和二氧化碳組成三、五個、十來個、幾十個因而成百上千個星體組成星體集團，稱星體群、星系團。
理學家一般飾演大膽假定的研究者，理論不斷推陳出新，對于數據的驗證關心程度較低，假定程度太高時，常常會演弄成偽科學，通常都是天體化學學研究者當中的激進人士。
實測天體化學學家一般本身精通理論天體化學，在相當程度上來說也有能力自行發展理論天體物理理論，飾演當心求證的研究者，一般是化學實證主義的秉持者，只相信觀測數據，時常對理論天體化學學所提出的假說進行證偽或否認的活動，通常都是天體化學學研究者當中的保守人士。
2000年7月由高等教育出版社出版的圖書《天體化學學》，作者是李宗偉、肖興華。本書主要介紹了在舊版天體化學學的基礎上編撰的新版天體化學學的改變。
《天體化學學》是教育部“高等教育面向21世紀教學內容和課程體系變革計劃”的研究成果，是“面向21世紀課程教材”和普通高等教育“九五”國家科委重點教材。《天體化學學》作者在主持出席“天文學專業教學內容和課程體系變革研究”項目工作的基礎上，用現代的觀點對其1992年編撰出版的“普通天體化學學”一書的內容和體系結構進行考量、選擇和組織，重新編撰產生了新版的“天體化學學”。《天體化學學》內容分為總論、天體化學中的幅射過程、天體化學觀測方式和天體化學量的測定、太陽化學、恒星的結構和演變、致密星、星際物質、銀河展、河外星系、宇宙學等10章。與原書相比，《天體化學學》內容中：加入和反映了大量20世紀90年代天體化學學的最新資料和最新進展；盡量降低有關較繁的理論推論；強化了河外星系和活動星體核的內容；重新撰寫宇宙學內容，愈發突出和加強基本概念；編入大量的習題。《天體化學學》主要適用對象為：高等高校數學系、天文學系學院生、研究生以及化學和天文專業的研究人員。