Ten przełomowy moment często uważa się za narodziny astrofizyki jako osobnej gałęzi wiedzy. Najwcześniejsze poświadczone użycie terminu astrofizyka pochodzi z 1865 roku, kiedy użył go Johann Karl Friedrich Zöllner astrophysics , dictionary.obspm.fr [dostęp 2023-04-21]..
XX wiek XX wiek to czas przełomu w astrofizyce, umożliwiony dzięki zmianie samych fundamentów fizyki: teoria względności umożliwiła dokładniejszy opis ruchu ciał; przykładowo ogólna teoria względności Einsteina wyjaśniła orbitę Merkurego i umożliwiła konstrukcję pierwszych modeli kosmologicznych; przewidziała też istnienie nowych obiektów jak czarne dziury i zjawisk jak soczewkowanie grawitacyjne i fale czasoprzestrzeni; mechanika kwantowa jako fundament fizyki atomowej, molekularnej i materii skondensowanej wyjaśniła widma różnych substancji; spektroskopia pozwoliła na jeszcze dokładniejsze badania składu ciał. Fizyka kwantowa umożliwiła też opis reakcji jądrowych zachodzących w gwiazdach i w Wielkim Wybuchu, a także przemian cząstek elementarnych.
Pojawiły się też badania na styku obydwu teorii jak termodynamika czarnych dziur i kosmologia kwantowa.