在摄影技术发明之前，天文学家都是用眼睛观察，并进行素描记录。伽利略曾在纸上记录木星及其四颗主要卫星的位置。但素描记录毕竟速度慢且容易出错。摄影术发明后，天文学家终于有了可以实时记录观测目标的工具。通过对照片的分析，天文学家可以细致地研究恒星的外观、温度、运动速度，甚至分析恒星的年龄、内部化学元素组成等天文课题。为此，天文学家设计了各种特殊相机，这些相机拍摄的照片主要分为三类：天体形态拍摄（成像）、天体光谱拍摄（成谱）和天体随时间变化（光变）。通过这些照片，我们可以看到形态各异的恒星、星云、星系，可以研究它们的结构，例如旋涡星系的核心结构、旋臂结构、周围晕的结构等；可以了解它们的化学组成和物理状态，比如包含哪些元素，温度有多高；还可以通过不同时间拍摄的照片，了解它们的亮度变化。
天文学家拍摄的恒星照片往往不能直接使用，必须经过复杂的处理和分析才能得出可靠的结论。天文学家分析天体照片的基本理论依据是天体的辐射机制。所谓辐射，主要指天体发出的电磁波。它们是构成天体物质的原子、分子在不同物理条件下发出的"光"。不同的光背后对应着不同的物理机制和化学成分。例如，天文学家就是通过拍摄太阳光谱，再结合太阳表面的辐射模型、大气结构模型，最终确定太阳表面的温度、压力和化学成分。
你可能会很快提出一个问题，为什么要用摄影而不是录像呢？这是因为，除了太阳等特殊天体外，大多数天体到达地球的光非常非常微弱。以我们目前的技术水平，还无法实现清晰的录像。天文学家拍摄一张清晰的照片通常需要1小时或更长时间的曝光。只有这样，才能积累足够的光子，构成足够的信息供科学分析。可以说，现代天文学的发展就是靠一堆堆星星照片推动的。从曾经几百元人民币一张的干版照片，到现在几十万元的CCD相机；从一个晚上几十兆比特的数据，到一张照片就包含上百兆比特的数据。在这些星星照片背后，是天文学与其他学科共同发展的历程。