En un primer momento, evidentemente, el instrumento más util para observar el cielo es el ojo humano. Puesto que para un observador principiante es de máxima importancia familiarizarse con los aspectos generales del firmamento, el ancho campo de visión que proporciona el ojo resulta ideal para ese fin. Una vez adquirida la familiaridad, el uso de unos simples prismáticos o de un telescopio es indispensable para observaciones detalladas.

Al iniciar una observación sin ayuda de instrumentos ópticos, es necesario someter a nuestra vista a un proceso llamado de "adaptación", esto es, adaptar la vista a la oscuridad. Durante el día la pupila ocular se mantiene pequeña (unos 4mm. de diámetro), mientras que en condiciones de oscuridad aumenta hasta 1'5 veces. El proceso de adaptación precisa de un cierto tiempo; si de noche pasamos de un lugar iluminado a la oscuridad, al principio sólo veremos la Luna y los objetos más brillantes, pero pasado un breve lapso de tiempo, empezaremos a percibir luces más débiles. Pasados entre diez y veinte minutos, llegaremos a ver las estrellas más débiles. Si se programa una observación de objetos de débil luminosidad, hay que tener en cuenta un proceso de adaptación a la oscuridad de una media hora.

Desarrollo de los instrumentos ópticos.

La astronomía experimenta una transformación radical con la aparición del telescopio. Este instrumento de observación se "inventa" de forma casual hacia 1609 en Holanda. Galileo utilizó en sus observaciones un telescopio construido por él mismo, y fue el primer astrónomo que lo empleó de modo sistemático para estudiar el cielo. Para aumentar más las imágenes se construyeron telescopios cada vez más largos, pero incómodos de manejar. En 1663 Gregory diseñó un esquema para construir un telescopio con espejos metálicos en vez de lentes, con lo que se consiguió acortar considerablemente su tamaño. Sin embargo, Gregory no llegó a verlo construido por las dificultades que presentaba el pulido de las superficies metálicas, operación que sólo se consiguió dominar en el s. XVIII, obteniéndose a partir de entonces otros más cortos y con mejores resultados.

Los instrumentos de observación astronómica son muchos y muy diversos. Tenemos desde los telescopios ópticos (el mayor de ellos de 10 mt de abertura, en Mauna Kea), radiotelescopios, telescopios para observar en infrarrojo, y detectores a bordo de satélites para poder observar el Universo en longitudes de onda que no son accesibles desde la superficie terrestre (telescopio XXM para rayos X, y otros telescopios a bordo de satélites para observaciones en rayos gamma y ultravioleta). Mención aparte merece el Telescopio Espacial Hubble, que estando en órbita terrestre tiene la enorme ventaja de hacer sus observaciones sin interferencia de la atmósfera; asimismo el Telescopio Espacial Spitzer, que observa en el rango infrarrojo, se le ha sumado como otro moderno instrumento capaz de otorgarnos imágenes nunca antes vistas del espacio.