赫歇耳和恒星研究
18世纪以前，天文学家对恒星本体很少发生兴趣，他们只把恒星当作定标点来测量，用以编制更广大的星表。18世纪中期的人已经明白恒星是很远方的太阳，从这时期起有一些敢于思考的人开始研究恒星在空间的分布和恒星系的性质。在这一方面有三个人值得提及，即英国的赖特(1711～1786)，德国的大哲学家康德(1724～1804)和法国的物理学家朗白尔(1728～1777)。这三个人都独立地得到相同的结论：恒星可能组成一个有限范围的伟大体系。
康德将这样的理解更推进一步，他说：我们的星系如果是包括银河在内的有限的孤立集团，那么远离银河的空间内必定还有别的孤岛式的星系。他凭借天才的颖悟，将那时所知道的几个星云当作银河系以外的恒星宇宙。他更凭借正确的理解说明我们的银河星系从辽远的空间观看，也必像是一个不很明亮的小轮，和望远镜里星云的形象完全相似。
如果说哲学家康德是靠智慧去思索宇宙，那么威廉·赫歇耳就是靠双手来探索宇宙。哥白尼因揭露行星运行的真相被人叫做行星天文学的创始人；威廉·赫歇耳开辟了恒星研究的道路，可以算得上近代恒星天文学的创始人。赫歇耳是第一个发现恒星在天空并非静止，而是在不断自行。通过对太阳附近几颗星位置的研究，他得出了太阳必然向武仙座方向运行的空间运动的结论。
1782年他编制了一个含有260对星的双星表，其中227对是他发现的。他于1784年刊布的第二个双星表中有新双星284对。赫歇耳对双星发生兴趣是因为他想由密接的两颗星去寻找以前的天文学家所未找出的“恒星的视差”。赫歇耳以后，双星运动的研究确切地证明了开普勒的定律和牛顿的定律在离地球辽远的恒星系里一样有效。这是天文学的一大进展，因为人们可将太阳系里的运算应用到更广大的星系里去。我们要说，须等到20世纪，天文的探索才达到牛顿定律不能说明的遥远空间。
哈雷和彗星研究
18世纪末，哈雷对他的彗星于1759年回来的预言实现了以后，彗星的研究成了天文学的一个重要的部门，引起了天文工作者很多的活动。他们开始系统地去寻找彗星，而不是期待一颗明亮的彗星偶然出现。
法国天文学家查理·梅西耶(1730～1817)于1759年1月哈雷彗星回来的时候，独立地发现了它。他是系统地寻找彗星的第一个人，有人开玩笑地称呼他是“彗星的侦探”。他在长期工作里发现了21颗彗星，观测了46颗彗星。所有他的发现和观测都是在巴黎城中心一个高塔顶上，使用海军天文台的一具小望远镜得到的。
稍后嘉罗琳·赫歇耳发现了8颗新彗星。到了德国天文学家奥耳贝斯(1758～1840)才首先将彗星的物理研究介绍入天文学的范围。1779年，他已发明了一个计算彗星轨道的方法，这在他以前须经过极端繁复的计算。另外一位德国天文学家恩克(1791～1865)对彗星天文学做出了一个重要的贡献，他发现一颗短周期彗星，那时他是哥廷根天文台的助理员。1818年，一颗暗彗星为法国天文学家庞斯(1761～1831)在马赛所发现。庞斯是天文台的工友出身，后成为一位有名的彗星发现人，总共发现36颗彗星。恩克计算了这颗暗彗星的轨道，惊异地查出它的周期很短(只有三年半)，他并且把这颗彗星和以前默香于1786年，嘉罗琳·赫歇耳于1792年，庞斯本人于1805年所观测过的三颗彗星证明是相同的一颗，从而说明他的结论是正确的。于是恩克预测这颗彗星将于1822年回来，1822年该彗星果然出现，证实了预测的正确性。这是彗星按预期回来的第二个例子，引起了人们的称赞，而且这更说明彗星中有短周期的一个新族。
流星的研究
19世纪之初，人们对黑夜空中忽然出现掠天扫过，转眼消逝的流星的知识颇有进步。直到18世纪末，人们对这种天体还有各种怪诞的看法，一般人以为流星是地球吐出的气息在大气中忽然间化为火焰。科学家根本不同意一般人所认为的其是“从天上落下来的石头”那种意见。在人们觅得陨石之后，例如，1803年在法国罗曼蒂省小鹰村附近拾得陨石，这现象的真实性才被人们认识。但是经过很久，流星的来源仍然是很神秘的。早在1794年，德国人克拉德尼(1756～1827)已经说过流星的来源在天空，它们沿着轨道接近地球，受大气的摩擦发热以至于白炽。可是到了1802年，拉普拉斯还说：流星是从月球火山射出的石头。总之这是不值得科学家注意的！
可是流星总会引起天文学家的注意，例如，1833年11月12日至13夜里在美洲出现一次异常惊人的“流星雨”。天文学家从流星现象发现几个事实：他们首先注意到所有这些流星都从天球上相同的一点射出，而且这个“辐射点”因周日运动在天球上随着其他天体而移动，可是对于恒星是固定的。这一事实进一步证明流星的来源是宇宙的而不是地球的，在空间循平行轨道运动，我们看见它们从一点辐射出来，这现象从透视的效果容易得到解释。流星雨的现象也经人查出是一个具有周期性的现象，因为同样的流星雨于1799年11月12日经德国博物学者、旅行家洪堡(1769～1859)观察到。以后在每年相同的日子里，有许多次(特别是1834与1837年)出现这个现象，只是没有上面那样规模大罢了。
太阳的研究
威廉·赫歇耳曾根据自己的观测提出一种太阳的“理论”，因为他的权威地位，直到19世纪的中叶，还为一般人所承认。他说：太阳内部的球体像大行星一样是寒冷的固体。他还毫不迟疑地以为太阳面上有植物，甚至还有居民呢！赫歇耳以为发光的表面是一层厚的大气，上面盖有耀眼的云彩，施罗特尔把这层气叫做“光球”，这一名词至今还在使用。
大约就在同一个时期，一位德国药剂师施瓦布(1789～1875)因爱好天文学，常在闲暇时观察太阳，他对太阳有一个重要的发现。他用一具小型望远镜，从1826年开始，每天计数黑子的数目，希望有一天发现水星轨道内的一颗行星经过日面。他便这样以无比的忍耐和勤勉，连续43年每日不断地计数黑子。他没有发现水星轨道内的行星，可是他所发现的却是一个更重要的结果。他作了17年的观测以后，于1843年查出太阳面上可见的黑子的数目在年与年之间表现出一种系统的、周期性的变化，并且断定这周期是10或11年。他所宣布的结果并没有引起当时人们的注意，可是到了1851年，他所积累的观测已经超过两个周期，经洪堡刊布以后，才使人们对这个发现不再怀疑，因此天文工作者才在事实面前屈服了。于是，太阳活动周期被发现了。
新方法带来的新进展
伴随着这些研究，产生了三种新的物理方法：分光学、光度学、照相术。其中分光学尤其重要，因为它使得天文学家可以利用星体的光谱来推知星体的组成及结构等。这三种新方法使得天文学家们可以更方便地研究恒星，并最终导致了天体物理学的诞生。
克希霍夫首先利用新的方法研究太阳，并从根本上推翻了以往的太阳理论，他证明一方面太阳的大气处在高温之下，因为那里的金属是气体的状态；另一方面光球因为发连续光谱，那里的温度还要高(因为谱线以吸收的状态出现)，所以太阳的温度向内增高。太阳黑子应该被看作温度较低的区域，克希霍夫把黑子比拟为一种云彩。以上这些见解经克希霍夫于1861年刊布在他的名著《太阳光谱论》里面。
这些见解继续发展，到了1865年，经法国天文学家法伊(1814～1902)综合而成太阳的新理论。法伊想用他的理论说明新研究所揭示的一切事实。将整个太阳当作一团气体，由内部而来的热量向外边辐射，这样的理论是第一次经人提出。至于能量转移的机制，法伊以为是借上下的对流作用，使太阳体内的物质混合，这样使化学变化强的物质上升到光球层，而形成炽热的情况，于是这些物质在那里凝聚、下落，再被内部的高温分解。这种想法，虽然和那时的知识相合，可是经过20世纪理论的研究，已经被人放弃了。但是法伊的理论在那时总算是一个大的进展，开辟了近代的太阳理论的道路。
新方法诞生后，关于彗星与流星的物理知识也有相当大的进步，主要是应用分光的方法去研究这个问题。从物理的观点，第一颗经人研究过的彗星是邓帕耳彗星，这是1864年意大利天文学家多纳提所做的工作。他看彗星的光被分光镜分析为相隔很远的三个光带，在一个黑暗的背景上面。这观测证明彗星并不如当时人所想像的只是反射太阳的光，而是像发光的气体那样，本身是一个发光体。