北京天文台以天文月球动力学、天体化学以及行星科学为主要学科方向，同时积极发展现代天文观测技术和时频技术，努力为天文观测研究和国家战略需求提供科学和技术支持。目前有4个招生专业：天体化学、天体测量与天体热学、天文技术与技巧和电子信息（专硕）。天体化学专业适宜天文、物理等专业的中学生报名；天体测量与天体热学专业适合天文、数学、测绘、物理、地球化学等专业的中学生报名；天文技术与技巧专业和电子信息专业适合电子、通信、自动控制、计算机、光学、物理等专业的中学生报名。
天体化学专业
天体化学专业的主要研究方向涉及黑洞和高能天体化学、星系产生与演变、宇宙大尺度结构、星团和银河系结构、恒星产生、以及行星天体化学等领域，在黑洞吸积与喷流理论、黑洞和星体的共同演进、银河系结构与动力学、计算天体化学等方向具有一定的国际影响力。北京天文台参与了多项国际、国内天文项目和观测计划天体物理专业，如、HXMT、SKA、TMT、LSST、FAST等。
天体测量与天体热学专业
天体测量与天体热学专业主要研究领域包括，对各类自然和人造天体的位置运动检测和动力学研究，并基于此创建、扩充、维持及联接多种天文参考架的研究，以及于此相关的相对论问题研究。具体包括：星体和致密射电源的位置和自行的测定；空间飞行器精密定轨理论和应用的研究；地球自转变化的测量、分析和预报及其迸发机制研究等；全球蓝筹股运动和区域性地幔形变的测定和研究，地心、地面台站相对地心位置和运动的测定；行星内部结构、流体和磁流体动力学过程和耦合机制研究等。
天文技术与技巧专业和电子信息专业
天文技术与技巧专业和电子信息专业涉及射电天文技术、原子钟与时间频度系统和光学天文技术、空间天文技术等部份。研究领域包括甚长基线干涉检测（VLBI）讯号处理、VLBI深空侦测器高精度测轨、新型超宽带VLBI系统、射电望远镜检测与控制、低噪音放大器（LNA）集成电路设计与封装、天文高灵敏度接收机、超宽带数据采集储存传输技术，高精度原子钟技术、空间氢原子钟、时间统一系统、时间频度高精度检测技术天体物理专业，光学望远镜系统设计、天文光干涉技术，天文望远镜信息处理与控制、高速讯号处理、天文数据、旋转飘移扫描CCD技术、人造卫星与空间碎片检测技术，空间射电望远镜系统、空间光学天文望远镜系统等。