Gökyüzünde, gök cisimlerini gözlemlemek için özel araçlar kullanılmaktadır. Temiz ve güzel havalarda, gökyüzünde kirliliğin olmadığı yerlerde, ışık kirliliğinin yaşanmadığı yerlerde çıplak gözle ve özellikle teleskopla gökyüzü gözlemlenebilir. Gökyüzünün yıllık atlasları da çıkartılmaktadır.
Gökyüzüne baktığımızda yıldızları, gezegenleri, uyduları ve meteorları gözlemleyebiliriz. En yakın gök cismi olarak dünyanın uydusu olan ay bulunmaktadır. Ondan sonra güneş gelmektedir. Diğer gezegenler için özel teleskopla gerekir. Bize yaklaşan cisimler mavi, bizden uzaklaşan cisimler kırmızı renktedir. Yeryüzünden gökyüzünü incelenmesi için dev kara teleskopları kurulmuştur. Böylece anlık gözlemler de yapılmaktadır. Uzay teleskopları da uzay istasyonlarında bulunmaktadır.