天体物理研究室在本领域的研究主要集中在如下几个方向。

　　●分子云和恒星形成

　　恒星诞生于分子云中。恒星形成与更大尺度上的星系结构形成和星际介质演化有紧密的联系，是宇宙生态循环中的重要环节。恒星形成也为更小尺度上的行星系统形成提供了初始条件。当前研究方向包括：利用ALMA等干涉阵，以及天马65米望远镜、麦克斯韦望远镜（JCMT）等单天线射电望远镜，研究分子云中的纤维状结构，稠密分子云中的磁场，小质量和大质量恒星形成过程，恒星形成定律，云核质量函数和初始质量函数，银河系中心分子带，星际脉泽，天体化学等。该方向的研究人员包括沈志强，刘铁和吕行。

　　●特殊恒星和致密天体

　　致密恒星，如白矮星、中子星，是一类特殊天体，获得它们的观测特征对理解特殊环境下的基本物理过程具有非常重要的物理意义。除此之外，它们还是银河系中的恒星演化过程的“示踪体”，对理解银河系的形成和演化过程非常重要。【参见高能天体物理】。该方向的研究人员包括余文飞，谢富国和闫震。

　　●恒星和行星物理

　　恒星、双星和行星等构成复杂的恒星系统。恒星的形成、结构和演化，双星演化与恒星-行星之间的相互作用，行星（系统）的形成和演化密切相关。系外行星的搜寻与原行星盘的研究是观测天文学近年来的重要进展之一。该方向的研究人员包括葛健【参见行星物理】，李亚平。

　　●星团

　　疏散星团的单星族起源使得其成员星具有诸多接近相同的物理特征 ，并包含了各个演化阶段的恒星，成为了恒星演化理论的理想检验场所，为恒星形成和演化模型提供了关键性约束；并且由于疏散星团具有较宽的年龄谱和质量谱，长期以来一直被当作是研究恒星系统形成和演化的有效探针。当前的研究方向包括：新的疏散星团认证及观测性质，疏散星团结构形成及初始质量函数，疏散星团中的主序拐点星及蓝离散星起源，疏散星团金属丰度梯度等。该方向的研究人员包括陈力，邵正义，钟靖。

　　●银河系的化学动力学结构和演化

　　恒星的化学丰度不随着恒星位置分布和运动状态变化，记录了它的年龄和形成环境；另一方面恒星的运动反应了它曾经经历的动力学演化过程。Gaia结合地面光谱巡天提供了银河系中数百万颗恒星的化学动力学信息，由此我们可以追踪银河系各个结构的形成，定量刻画其并合历史，探测其暗物质质量分布和子结构的数目，为星系形成演化模型提供强约束。 当前研究方向包括：银河系不同星族的形成和演化机制，星族初始质量函数的物理本质，银河系化学演化模型及其观测检验，银河系晕的化学动力学模型，暗物质质量分布测量等。该方向的研究人员包括侯金良，邵正义，沈世银，常瑞香，朱玲，富坚，尹君，Rafael S. de Souza。