Fotografuojant Saulę įprastu fotoaparatu, matomas gelsvas arba raudonas diskas. Tačiau Saulė skleidžia visų spalvų šviesą. Specialiais prietaisais galima stebėti ir nematomas bangas. Skirtingų bangos ilgių stebėjimai suteikia skirtingos informacijos. Nematomų bangų vaizdai gaunami priskiriant skirtingoms bangų ilgių reikšmėms skirtingas spalvas.

Daugelis astronominių nuotraukų yra sukuriamos ne tik iš regimosios šviesos, bet ir apdorojant duomenis, gautus stebint žmogaus akiai nematomus elektromagnetinius spindulius (radijo, infraraudonuosius, ultravioletinius, rentgeno, gama). Kiekvienas bangos ilgis atskleidžia skirtingą informaciją apie kosminio objekto savybes. Kadangi nematomas bangas negalima tiesiogiai nufotografuoti, mokslininkai priskiria skirtingiems bangų ilgiams ar signalo intensyvumui tam tikras dirbtines spalvas (klaidingas spalvas). Sujungus vaizdus, gautus skirtinguose bangų ilgiuose, sukuriamas detalus kompozitinis vaizdas.

Daugelis įspūdingų astronominių nuotraukų yra sukurtos sujungiant stebėjimų duomenis, gautus skirtinguose elektromagnetinio spektro diapazonuose (pvz., regimajame, infraraudonajame, rentgeno). Kadangi žmogaus akis mato tik regimąją šviesą, nematomai spinduliuotei vizualizuoti naudojamos dirbtinės (netikros) spalvos. Kiekvienam spektro diapazonui priskiriama tam tikra spalva pagal mokslininkų pasirinktą schemą.

Didelė dalis kosminės elektromagnetinės spinduliuotės yra nematoma žmogaus akiai. Žemės atmosfera veikia kaip filtras, praleisdama tik regimąją šviesą ir radijo bangas, o sugerdama aukštos energijos spinduliuotę (gama, rentgeno, UV) bei didžiąją dalį infraraudonųjų spindulių. Dėl šios sugerties ir atmosferos turbulencijos antžeminiai stebėjimai daugelyje spektro dalių yra neįmanomi arba riboti.

Infraraudonųjų (IR) ir ultravioletinių (UV) spindulių stebėjimams dažnai reikalingi kosminiai teleskopai, nes Žemės atmosfera sugeria didelę dalį šių bangų. IR teleskopai naudojami tirti vėsesnius objektus ir reiškinius, paslėptus dulkėse, nes IR spinduliai efektyviai prasiskverbia pro jas. UV teleskopai skirti stebėti labai karštus objektus ir energetinius procesus Visatoje.

Infraraudonųjų spindulių teleskopai stebi įvairius dangaus objektus, tokius kaip galaktikos, žvaigždės, žvaigždžių formavimosi sritys, planetos ir tarpžvaigždiniai ūkai. Kadangi tarpžvaigždinių dulkių debesys yra pralaidesni infraraudoniesiems spinduliams nei regimajai šviesai, šis diapazonas leidžia tyrinėti objektus, kurie yra nematomi įprastais teleskopais. Svarbiausi infraraudonųjų spindulių teleskopai yra IRAS, Spicerio kosminis teleskopas, Heršelio kosminė observatorija ir Džeimso Vebo kosminis teleskopas.

Kosminės observatorijos yra teleskopai, iškelti į kosmosą, kad būtų išvengta Žemės atmosferos trukdžių. Infraraudonųjų (IR) spindulių teleskopai yra ypač svarbūs tiriant santykinai vėsius kosminius objektus: formuotis pradedančias žvaigždes, planetas, tarpžvaigždinius dulkių ir dujų debesis. IR spinduliai geba prasiskverbti pro tankius dulkių debesis, kurie yra nepermatomi regimajai šviesai, leidžiant stebėti juose pasislėpusius objektus.

Kadangi Žemės atmosfera blokuoja gama, rentgeno ir dalį ultravioletinių spindulių, o infraraudonuosius spindulius praleidžia tik tam tikruose bangų ilgių intervaluose, šių spinduliuočių tyrimams naudojami kosminiai teleskopai, esantys už atmosferos ribų. Šie projektai yra sudėtingi ir brangūs, todėl dažnai įgyvendinami bendradarbiaujant kelioms šalims ar agentūroms, tokioms kaip NASA (JAV Nacionalinė aeronautikos ir kosminės erdvės tyrimo valdyba) ir ESA (Europos kosmoso agentūra, kurioje Lietuva yra asocijuota narė).

Visata spinduliuoja platų elektromagnetinių bangų spektrą, tačiau žmogaus akis mato tik siaurą regimosios šviesos ruožą. Didžiąją dalį kitų bangų – gama, rentgeno, UV ir IR spindulius – sugeria Žemės atmosfera, kuri taip pat blogina optinių teleskopų stebėjimų kokybę. Radijo bangos, priešingai, atmosferą pereina. Norint tyrinėti kosminius objektus visame spektre, būtina naudoti kosminius teleskopus bangoms, kurias sugeria atmosfera (gama, rentgeno, UV, IR), ir antžeminius radijo teleskopus radijo bangoms.

Radijo bangos iš kosminių šaltinių laisvai pereina Žemės atmosferą, todėl jas galima efektyviai tirti antžeminiais radioteleskopais. Radijo astronomija yra nepakeičiama tiriant šaltus tarpžvaigždinius dujų ir dulkių debesis – žvaigždžių formavimosi lopšius – kurie neskleidžia arba labai silpnai skleidžia regimąją šviesą, bet yra radijo bangų šaltiniai. Radijo bangos taip pat netrukdomai sklinda pro dulkių debesis, kurie blokuoja optinę šviesą. Radioteleskopas veikia kaip didelė antena, surenkanti radijo bangas ir fokusuojanti jas į jautrų radijo imtuvą.

Radijo bangos, skirtingai nei aukštesnės energijos spinduliuotė, lengvai prasiskverbia pro Žemės atmosferą, todėl jas galima stebėti antžeminiais radioteleskopais. Šie teleskopai registruoja radijo spinduliuotę iš kosminių objektų, ypač iš šaltų neutralaus vandenilio ir molekulinių debesų, kur vyksta žvaigždėdaros procesai. Radijo bangos taip pat leidžia tirti objektus, paslėptus už tankių dulkių debesų.

Radioteleskopai, skirtingai nei rentgeno ar gama spindulių teleskopai, gali būti statomi Žemėje, nes atmosfera praleidžia radijo bangas. Radijo bangų stebėjimai yra ypač svarbūs tiriant žemų temperatūrų tarpžvaigždinius dujų ir dulkių debesis, kurie neskleidžia matomos šviesos, bet skleidžia radijo bangas. Radijo bangos taip pat netrukdomai sklinda pro tarpžvaigždinių dulkių debesis. Radioteleskopas veikia panašiai kaip optinis teleskopas, bet vietoj veidrodžio naudoja didelę paraboloido formos anteną, kuri surenka radijo bangas ir nukreipia jas į imtuvą. Didžiausi radioteleskopai yra Grin Banko teleskopas (GBT) JAV ir FAST Kinijoje.

Rentgeno ir gama spinduliai yra patys energetingiausi elektromagnetinio spektro dalys. Žemės atmosfera juos visiškai sugeria, todėl šių spindulių astronomija įmanoma tik naudojant kosmines observatorijas. Rentgeno ir gama spinduliuotę skleidžia ekstremaliausi Visatos objektai ir reiškiniai: supernovų sprogimai, neutroninės žvaigždės, juodosios skylės, aktyviųjų galaktikų branduoliai ir galaktikų spiečiai, kuriuose tarpgalaktinės dujos įkaitusios iki milijonų kelvinų. Šių teleskopų konstrukcija (optika ir detektoriai) iš esmės skiriasi nuo optinių teleskopų.

Rentgeno ir gama spinduliai yra aukščiausios energijos elektromagnetinės bangos, kurias Žemės atmosfera visiškai blokuoja. Jų stebėjimui būtinos kosminės observatorijos. Šie spinduliai kyla iš pačių karščiausių (milijonai K ir daugiau) ir energetiškiausių Visatos objektų bei procesų, tokių kaip supernovų sprogimai, akrecijos diskai aplink juodąsias skyles ir neutronines žvaigždes.

Rentgeno ir gama spindulių teleskopai gali veikti tik iš kosminių observatorijų, nes Žemės atmosfera šiuos spindulius visiškai sugeria. Šią spinduliuotę skleidžia objektai, kurių aplinkoje yra itin karštų dujų (virš milijono kelvinų), pavyzdžiui, sprogstančios žvaigždės, susidūrę masyvūs kosminiai objektai, aktyviosios galaktikos ir net Saulė. Šių teleskopų konstrukcija skiriasi nuo įprastinių, nes veidrodžiai neatspindi šių spindulių, todėl naudojami specialūs detektoriai. Moderniausios rentgeno observatorijos yra Chandra (NASA) ir XMM-Newton (ESA).

Ultravioletinių (UV) spindulių teleskopai, dėl atmosferos sugerties dažniausiai esantys kosmose, skirti karštų ir energetingų Visatos objektų stebėjimams. Jais tiriamos masyvios, jaunos, karštos žvaigždės, aktyviųjų galaktikų branduoliai, tarpžvaigždinės ir tarpgalaktinės dujos, įkaitintos iki aukštų temperatūrų. Specializuotos observatorijos tiria Saulę UV spinduliuose.

Ultravioletinių spindulių teleskopai naudojami žvaigždžių, galaktikų ir itin karštų tarpžvaigždinių dujų stebėjimams. Svarbiausi ultravioletinių spindulių teleskopai yra IUE, Hablio kosminis teleskopas (kuris taip pat atlieka ultravioletinės spinduliuotės tyrimus) ir Saulės bei heliosferos observatorija (SOHO) bei Saulės dinamikos observatorija (SDO), skirtos Saulės ir jos karšto vainiko tyrimams. Hablio kosminis teleskopas buvo kelis kartus remontuojamas ir atnaujinamas, o per savo ilgą darbo laiką jis iš esmės pakeitė mūsų supratimą apie Visatą.

Didžioji dalis Visatos siunčiamų bangų yra nematomos žmogaus akiai. Žemės atmosfera sugeria didžiąją šių bangų dalį, įskaitant gama, rentgeno spindulius ir dalį ultravioletinių spindulių. Optinių teleskopų stebėjimams atmosferos įtaka taip pat yra neigiama. Tačiau radijo bangas galima stebėti Žemėje esančiais teleskopais. Kosmose stebimi įvairūs objektai, tokie kaip tolimos aktyviosios galaktikos, karštos tarpgalaktinės dujos, žemų temperatūrų žvaigždės ir masyvios karštos žvaigždės. Šaltų tarpžvaigždinių dujų debesų stebėjimui reikalingas radijo bangų registravimas.