几百年来的天文观测已把我们所在的地球附近的空间区域大体搞清，并且将人类的视野扩展到了宇宙的纵深。地球基本上是一个球体，但略微有些扁。长期的绕轴自转将地球的赤道地区甩出去一些，形成了一个椭球体，南北两极方向的平均半径比赤道平均半径（6378千米）约短21千米。此外，在极直径上，北极高出约18.9米，而南极则陷下去24～30米，形象地说，地球像是一个倒放着的大鸭梨。地球自转的周期当然是一天。除了自转，地球还同太阳系其他行星一起绕太阳公转。公转的轨道是一个椭圆，其平均轨道半径约有14960万千米，公转的平均速度约为每秒30千米。地球这个庞然大物，质量有5.976×10千克，也就是差不多60万亿亿吨之巨。
地球只是太阳系家族中的一名成员。太阳系以太阳为核心，八大行星绕太阳转动，按轨道半径从小到大是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。除水星和金星外，其他行星都有卫星。月亮就是地球的卫星。此外，在火星和木星轨道之间还有许多小行星，形成了一个小行星带。但有些小行星并不在这个小行星带上，比如曾经被列为第九大行星的冥王星，轨道在海王星之外。几乎所有行星都大致在同一平面上绕太阳公转。地球绕一周是一年，水星的公转周期是88天，金星是225天，火星则要687天。除了行星、小行星和各行星的卫星之外，太阳系中还有大量的彗星、流星体。太阳系如果以八大行星为主体，其半径不到地球与太阳间距离（所谓天文单位）的50倍，如果把非常遥远的彗星云也算作太阳系的领域，半径则可以一下子扩展到十几万个日地距离。
尽管如此，太阳系相对于宇宙依然是微不足道的。像太阳这样本身发光的天体被称为恒星，以区分那些自身不发光而靠反射恒星的光发光的行星。在我们的周边，大量的恒星聚集在一起，构成了我们最为熟悉的星系即银河系。银河系整体上就像一个透镜，中间厚、两边薄，其直径约为10万光年。光年是天文学中的距离单位。天文学所涉及的空间跨度过大，用我们常用的千米、米等单位来量度很不方便，所以用光年。众所周知，光是世界上跑得最快的东西，每秒跑30万千米，一年能跑94600亿千米。一光年确实是很遥远的距离，可银河系的直径居然有10万光年。太阳并不处在银河系的中心，离银河系中心大约有2.8万光年。像太阳这样的恒星，银河系里差不多有几千亿颗。
星系基本上可以分为两大类，一类是旋涡星系，一类是椭圆星系。旋涡星系像个铁饼，有旋臂，银河系是一个典型的旋涡星系。银河系并未包括所有的恒星，在银河系外还有许多像银河系这样规模的星系。天文学家发现，若以银河系为中心，方圆300万光年之内，约有40个与银河系一样的星系，其中主要有麦哲伦云、仙女座星系等。这些星系跟我们的银河系一起构成了所谓的“本星系群”。本星系群松散地聚在一起，没有像银河系那样形成有核心的结构。不过在本星系群这样的尺度上，的确存在一些向中心聚集的星系群，叫星系团。而且星系团和星系群又在更高一层上构成了本超星系团，之所以被称作本超星系团，是因为它包括了本星系群，而本星系群包括了我们的银河系。本超星系团的尺度大约在3亿光年，主要包括本星系群和室女星系团等。
这是否就是我们迄今所知道的全部宇宙空间呢？还不是，事实上，本超星系团之外还发现了星系，宇宙的边界现在还不能确定。
所有的天体都像人一样有生老病死，宇宙亦然。宇宙学就是研究宇宙的起源和结构的一门学科。根据当今得到一致认可的大爆炸宇宙学理论，我们的宇宙是在大约137亿年前的一次大爆炸中诞生的。这个理论依据这样一个事实，即几乎所有星系都以很高的速度相互逃离。这意味着整个宇宙都在膨胀，而且膨胀是没有中心的，也就是说，从任何一点看都能发现四周的天体在离我们而去。有意思的是，距离越远，退行速度越大。这就像一个正在充气的气球，表面上任何一点都会发现别的点正离它而去，而且距离越远，退行速度越大。
宇宙的膨胀现象必然导致一个问题：如果我们往回追溯，那么，宇宙会越来越小，就像胀大的气球放气，到最后只剩下一个点。人们会问，此点之前是什么？宇宙何以会发生这样壮观的膨胀呢？宇宙学家设想，宇宙是从点状宇宙发生大爆炸开始膨胀的。至于点之前是什么，还没有令人满意的回答。一种常见的回答是，时间、空间正是在大爆炸中产生的，在没有时间的情况下，无所谓之前之后。这当然是一个有趣的回答。
还有一种可能，即有无限多个星系向无限的远方膨胀。如果是这样，就不存在什么起点问题了。但是，根据前面所说的距离越远，退行速度越大的规律，无限遥远的天体将有无限大的退行速度，而这是不可思议的。根据相对论，物体运动的最大速度是光速。按照这一极限速度，宇宙的范围事实上已被限定了，也就是说，可见宇宙的边缘可定在退行速度为光速的地方。
空间的大小在天文学中同时意味着时间的长短。所有的天文学理论都依赖于天文观测，而所有的天文观测观测到的都是光信号或以光速传播的其他电磁波。我们每看到一样东西，都不是这个东西现在的样子，而是其若干年前的样子。这个东西离我们越远，则我们看到的是它越早的样子。如果我们看到了137亿光年的地方，那我们看到的就是137亿年前所发生的事情。按照大爆炸宇宙理论，137亿年就是宇宙的年龄，那么137亿光年就是我们的观测所能达到的极限了。
大爆炸宇宙理论表明，在最初的百分之一秒时，宇宙温度由极高温降到1000亿摄氏度，由于温度太高，各种基本粒子均处在游离状态，宇宙就像是一锅物质和辐射汤。3分钟后，宇宙温度降到了10亿摄氏度，质子和中子开始形成像重氢和氮这样的轻原子核。此后再经过7万年，温度降到3000℃，宇宙由辐射状态变为物质状态。与物质脱耦后的辐射慢慢形成了宇宙背景辐射，这个背景辐射已被天文学家观测到。
再经过约2亿年，星系开始形成。也许再经过几亿年，星际物质在引力作用下逐渐收缩为球状星云。在收缩的过程中，温度逐步升高，内部压力增大，与引力对抗，于是星云内部发生核反应成为恒星。天文学家已经相当清楚地了解到，几乎所有恒星都要依次经过主序星阶段、红巨星阶段、晚期阶段和临终阶段。在主序星阶段，核反应产生的巨大能量顶住了引力收缩，使恒星的表面温度升高并向外发射可见光。当大部分氢在核反应中变成氦之后，核能量变小，恒星再度收缩，这就是红巨星阶段。当恒星收缩到一定程度时，中心温度升高又引发了新的核聚变反应，再度顶住了引力收缩。这一过程会持续约10亿年，核反应逐渐停止，恒星进入晚期和临终阶段。
我们已经比较确切地知道，太阳系是在约46亿年前形成的。目前太阳正处在主序星阶段的中期，也就是说，它内部的氢燃料已燃烧了约46亿年，还会再燃烧约50亿年，然后进入红巨星阶段。地球差不多是与太阳同时形成的。太阳系起源于碟形旋转而且高温的原始星云，太阳位于这个星云的中心，各大行星就是围绕太阳旋转的诸多物质吸引、碰撞、累积的结果。可能有一次像火星这样大的天体撞击了原始地球，使之喷出大量的物质，而这些物质后来慢慢冷却成为月球。也可能是由于这次大撞击，地轴与黄道面发生了倾斜。原始地球不断吸积天外撞来的物质，清除了公转轨道上的各类零星物质，直到38亿年前形成了稳定的地球。这个时候的地球，重物质沉入核心，轻物质浮上来，形成了今天的地壳、地幔和地核的分层结构。
