Teoretyczna astrofizyka używa szerokiego spektrum metod, np. modelowania analitycznego (dla przykładu metoda politrop do modelowania zachowania gwiazdy), metod numerycznych do symulacji układów astrofizycznych. Każda z tych metod ma swoje zalety.
Zainteresowania astrofizyki teoretycznej dotyczą: ewolucji gwiazd, materii (barionowej i ciemnej materii) i promieniowania kosmicznego, kosmologii, formowania się i ewolucji: galaktyk, wielkoskalowych struktur we Wszechświecie.
Instytucje W Polsce istnieje kilkanaście ośrodków badań astrofizycznych – odpowiednie instytuty, katedry i zakłady ma część polskich wydziałów fizyki i astronomii oraz innych instytucji.
Na uczelniach Uniwersytet Gdański – Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki Instytut Fizyki Teoretycznej i Astrofizyki, [dostęp 2023-04-21].; Uniwersytet Jagielloński – Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej (FAIS UJ);