在宇宙学、星系形成和演化领域，天体物理研究室的研究涉及该领域的大部分研究方向。 

　　●宇宙黎明和再电离探测、宇宙大尺度结构

　　宇宙黎明和再电离时期是宇宙中第一代天体形成的重要时期，也是现在宇宙演化历史缺乏的一块重要拼图。天物室相关团队利用大型射电望远镜，例如21CMA, MWA和平方公里阵列射电望远镜SKA，开展该时期中性氢的分布和状态探测，同时致力于开展宇宙再电离全天总功率探测实验。该方向的主要研究人员包括郑倩，陕欢源，郭铨，张佳骏和王婧颖等。

　　宇宙大尺度结构的形成和演化是现代宇宙学研究的热点问题之一。天物室相关团队通过第三代巡天 (KiDS, DES和HSC)以及第四代巡天(DESI和中国空间站巡天望远镜CSST等)，利用强弱引力透镜，重子声波震荡，星系团等探针揭开宇宙大尺度结构的面纱，研究暗物质暗能量本质。该方向的主要研究人员包括陕欢源，张佳骏，郭宏，王鹏等。

　　早期宇宙里，特别是宇宙再电离时期的星系的观测研究是天体物理的前沿热点领域，涉及宇宙第一代星系和黑洞的形成，是刚开始运行的韦布望远镜JWST首要科学目标之一，也是我国空间站望远镜CSST的核心科学目标之一。该方向的研究人员包括郑振亚、袁方婷、姜春艳等。

　　●暗物质晕、星系分布和大尺度结构

　　星系的大样本统计研究是揭示星系物理性质的有力工具。结合暗物质数值模拟给出的暗晕的统计特征，基于星系的观测统计规律可以构建星系形成和演化的半解析模型。该方向的研究人员有大尺度环境是星系的形成的舞台，星系在此获得气体、角动量，并与较小的卫星星系合并。研究大尺度结构和星系的相互关联将有助于揭示宇宙结构的形成以及它们是如何影响星系形成。该方向的研究人员包括郭宏，王鹏, 张有财，郭铨等

　　●星系的观测特征 

　　星系的多波段观测数据及空结构特征蕴含了星系的形成和演化的丰富信息。星系的积分视场光谱观测是同时研究星系三维特征（空间及波长）的理想数据。建设空间望远镜上的积分视场光谱仪并同时开展相关科学研究是天物室多个研究团组的共同研究方向，该方向的研究人员包括郝蕾，邵正义，沈世银，朱玲等。

　　●活动星系核的观测

　　活动星系核的多波段（射电到伽玛射线能段）观测特征研究，该方向的研究人员包括顾敏峰，郝蕾，以及射电室的安涛。

　　星系与活动星系核的共同演化观测研究，该方向的研究人员包括郝蕾，沈世银。

　　●星系结构、演化和动力学

　　星系尺度的星系形成与演化：利用大规模数值流体力学模拟，研究在活动星系核反馈、恒星反馈等物理过程共同作用下星系的形成和演化过程，以及磁场、湍流、宇宙射线、尘埃等对星际介质、星系周介质乃至星系演化的影响。该方向的研究人员包括袁峰、郭福来、季索清、李亚平。

　　星系化学演化：星系化学演化模型是研究星系中气体的金属增丰过程和恒星形成历史的重要工具。该方向研究星系（特别是银河系）中恒星和气体的空间分布及其随时间的演化、气体的金属丰度和星族特征随时间的演化。该方向的研究人员包括侯金良、常瑞香、朱玲。

　　星系的动力学结构是星系形成历史的化石，反应它曾经经历的并合等重要信息，同时动力学也是我们探测星系暗物质分布，中央黑洞质量等的重要手段。该方向的研究人员包括朱玲。 

　　星系的动力学、化学演化模型可以刻画星系演化过程中的细节特征，利用具有丰富结构、运动学和化学特征的近邻星系的观测性质可以有效的约束星系的动力学，化学演化模型。该方向的研究人员有侯金良、朱玲、常瑞香。