通常使用得最多的空間天文觀測器是天文衛星。根據觀測對象和任務的不同，天文衛星可分為太陽觀測衛星和非太陽探測天文衛星，有些衛星兼有太陽觀測和非太陽探測的性能。在太陽物理方麵，天文衛星已經揭示了太陽耀斑能量釋放的非熱和高能特征；揭示了耀斑爆發過程中的快速尖峰發射的存在。在揭示X射線雙星、X射線脈衝星、超新星遺跡以及球狀星團X射線的性質、能譜、輻射流時變量的結構方麵，都有許多新進展。
盡管天文衛星在空間探測中取得很大成就，但由於衛星的體積、重量、功率等方麵的局限性，觀測儀器不能做得很大，探測精度也不夠高，因此，很多宇宙現象尚未發現。然而，空間城建設後，情況便大為改觀。
空間天文觀測站配備了最現代化的天文觀測設備，由於它們的尺寸很大，需由航天飛機分批將部件送至軌道。然後在站內組裝而成。這些大型設備擴大了收集輻射能的麵積，提高了觀測儀器的靈敏度和角分辨率。比如，配備的一台遠紅外譜段觀測望遠鏡，其上裝有口徑為30米的大型可展開反射鏡，它的衍射極限波長低於30微米，可接近或超過地球上最大的光學望遠鏡的角分辨率。利用這樣一種反射鏡拍攝行星、恒星和星係的高分辨率紅外圖像，可與曆來其他波段範圍內攝得的圖像相媲美。
空間天文觀測站還將裝備一台孔徑100米大小的硬X射線成像設備，用於研究能量從10千電子伏至2兆電子伏的X射線。其集波麵積大約為地麵的高級X射線天文物理設備的100倍。它可探測光線極微弱的天體，如遙遠星係中的恒星爆發，也能對較亮的天體進行高頻譜分辨率的觀測，還能研究輻射出的氣體成分、溫度和運動的X射線特征。在站上，幾個方向同時分別裝有大型空間望遠鏡，組成了觀測群，可在紫外、可見光、紅外譜段範圍使用，其靈敏度達到“哈勃”空間望遠鏡的100倍，其角分辨率和頻譜分辨率都極佳，可詳細研究遙遠星係和行星。
此外，空間天文觀測站運行的軌道上，依靠航天員安裝的一組直徑30米以上的射電望遠鏡，構成了甚長基線陣列，用來觀測射電源，並把射電信號傳輸到空間天文觀測站。這樣就能對銀河係中心靠近黑洞處的天文現象進行觀測，並能拍攝尺寸非常大、質量相當好的黑洞圖像。
空間天文觀測站，由於觀測設備接收的信息量非常大，就需要配備高速傳輸和貯存的設備。為此，安裝了一台高速存取的大型數據存儲器，容量高達1000億比特，並用超大型計算機對數據進行初步分析，再將分析結果傳送至地球。
宇宙經過了幾十億年的演化才變成今天這個樣子。難道世界上還有比人到太空去解開宇宙之謎更為偉大的嗎？空間天文觀測站的科學工作者，將在那裏研究人們普遍關注的一些問題。比如，是什麼樣的自然規律在支配著宇宙的產生和演化？恒星與行星是如何形成的？太陽係中的太陽、行星及其衛星和一些小天體是怎樣形成的？又是怎樣演變的？太陽的能量是怎樣從內層穿透過外層流到行星際空間的等等。這些問題一旦求得解答，就會大大促進人類對宇宙的了解。不過，要解決這些問題，需要經過全人類世世代代的共同努力，由於空間科學的迅猛發展，人們堅信這一進程會大大加快。