天体化学学（英文：），又称天文数学学，是研究宇宙的化学学，这包括恒星的化学性质（光度，密度，湿度，物理成份等等）和恒星与星系彼此之间的互相作用。应用数学理论与技巧，天体化学学剖析星体演变、恒星结构、星际物质、宇宙微波背景、太阳系的起源和许多跟宇宙学相关的问题[1]。因为天体化学学是一门很广泛的学问，天文数学学家一般应用好多不同的学术领域，包括热学、电磁学、统计热学、量子热学、相对论、粒子化学学以及原子分子与光化学学等等。因为近代跨学科的发展，与物理、生物、历史、计算机、工程、古生物学、考古学、气象学等学科的混和，天体化学学目前大小分支300—500门主要专业分支，成为数学学当中最前沿的庞大领导学科，是推动近代科学及科技重大发展的前导科学，同时也是历史最悠久的古老传统科学。
天体化学实验数据大多数是依赖观测电磁幅射获得的。比较冷的恒星，像星际物质或星际云会发射无线电波。大爆燃后，经过红移，遗留出来的微波，称为宇宙微波背景幅射。研究这种微波须要特别大的无线电望远镜。
太空探求大大地扩充了天文学的疆界。太空中的观测可让观测结果防止遭到月球大气层的干扰，科学家常透过使用人造卫星在月球大气层外进行红外线、紫外线、伽马射线和X射线天文学等电磁波波段的观测实验，以获得更佳的观测结果。
光学天文学一般使用改装电荷耦合器件和波谱仪的望远镜来做观测。因为大气层的扰动会干涉观测数据的品质，故于月球上的观测仪器一般必须配备调适光学系统，或改由大气层外的空间天文台来观测，就能得到最优良的影像。在这卷积里，星体的可见度十分高。借着观测物理频谱，可以剖析星体、星系和星云的物理成份。
理论天体化学学家的工具包括剖析模型和计算机模拟。天文过程的剖析模型经常能使学者更深刻地理解个中奥妙；计算机模拟可以突显出一些特别复杂的现象或效应其背后的机制。
在实践中，现代天文学研究一般涉及理论和观测化学领域的大量工作。天体化学学家的一些研究领域包括企图确定暗物质，暗能量，黑洞和其他天体的性质;以及宇宙的起源和最终命运。理论天文学家还研究了太阳系的产生和演变。星体动力学和演变;星体的产生与演进;磁流体热学;宇宙中物质的大尺度结构；宇宙线的起源;广义相对论，狭义相对论，量子和化学宇宙学，其中包括弦宇宙学和天体粒子化学学。
大爆燃模型的两个理论栋梁是广义相对论和宇宙学原理。因为太初核合成理论的成功和宇宙微波背景幅射实验否认，科学家确定大爆燃模型是正确无误。近来，学者又成立了ΛCDM模型来解释宇宙的演进，这模型囊括了宇宙暴胀（）、暗能量、暗物质等等概念。
理论天体化学学家及实测天体化学学家分别饰演这门学科当中的两大主力研究者，二者专业分工。理论天体化学学家一般饰演大胆假定的研究者，理论不断推陈出新，对于数据的验证关心程度较低，假定程度太高时，常常会演弄成伪科学，通常都是天体化学学研究者当中的激进人士。实测天体化学学家一般本身精通理论天体化学，在相当程度上来说也有能力自行发展理论天文学与天体物理学论文，饰演当心求证的研究者，一般是化学实证主义的秉持者，只相信观测数据，时常对理论天体化学学所提出的假说进行证伪或否认的活动，通常都是天体化学学研究者当中的保守人士。
天文学的历史纪录似乎许久远，而且它常年以来都跟数学学分开，直至化学学发展才开始结合上去，主要发展的目的是历法。
天文学在历史当中，中国、欧洲、非洲、中东、印度、美洲都有独立的发展历史，其中以中国的历史纪录宽度最久，而且中国并没有发展出天体化学学，最早有天体化学学研究的纪录是美国。
天文学在唐代历史上的发展分支：
中国唐代天文学
美国唐代天文学
南非唐代天文学
伊朗唐代天文学
南非部落天文学
小亚细亚唐代天文学
两河流域天文学
美索不达米亚天文学
巴比伦天文学
阿拉伯天文学
伊拉克学派
开罗学派
西阿拉伯学派
欧洲古时天文学
玛雅天文学
法国唐代天文学
法国唐代天文学
也有一种想法觉得美洲唐代天文学、两河流域天文学及欧洲唐代天文学都是由传说中的姆台湾及亚特兰提斯所留传而至的，并且这项说法欠缺考古学上的证据，虽未能证伪，但也未能否认。亚洲天文学主要源自于西非唐代天文学及两河流域天文学，现代天体化学学是由法国天文学完善上去的。
理论天体化学学的起点可由十六世纪开始估算起，绝大多数的理论提出系以“物理建模方式”提出假定，构建数学模型天文学与天体物理学论文，验证方式则多数以“波普尔论证法”来进行确认，主要采取“证实主义”或“证伪主义”两种手法交错并用。理论的状态多数有以下几种：
全部理论证实：目前不存在。
部份理论证实：诸如“广义相对论”及“牛顿热学”。
理论证伪：为数庞大，比如，中国的“混天说”。
技术力难以验证理论：比如，“夸克星”，一般都是理论当中存在仍未验证的数学假说。
理论误判否认：比如，“牛顿热学”曾经被误判否认。“夸克星”则以前有三年的时间被觉得早已找到（，约1989-1990年之间被错误地觉得存在夸克星）。
伪科学：数目庞大的民间学说，比如一整批以悬疑小说为基础的幻想学说、科普及神学天体化学，一般的特点是理论自身不自洽。诸如，“星际之门虫洞化学”，“星际之门”当中的“虫洞数学”与现实研究中的“虫洞数学”差距十分地大，而目前现实中的“虫洞化学”，实际也并未被列入合格的天体化学理论，实际的“虫洞数学”认为“虫洞”的大小假如大于一光年，则无任何可能传送任何物质进行太空旅行，“星际之门虫洞化学”与此差别极大，而开启虫洞头部的维持能量是“负能量”，“星际之门虫洞数学”却是使用“正能量”来维持，“量子虫洞”是采用“虚粒子对互相作用”来维持“量子虫洞”的恒稳态，还能穿透“量子虫洞”的只有超流体，而“星际之门虫洞数学”却是哪些物质都可以传送。事实上二者的说法都没有经过检验。
未经检验的假说：比如，“人造地球假说”及“平行宇宙”与一整批与霍金声称有关的说法。因为浅显易懂、貌似合理，检验方式却须要花费大量金钱，因此大批未经检验的假说在民间留传，被误觉得早已检验的正统科学，透过大众文化传播，成为非专业教徒型学科。
绝大多数的天体化学理论都处于“部分理论证实”及“技术力难以验证理论”的状态，基本的过滤方法是“证实方式”或“证伪方式”，持续过滤到每一个步骤都与数据吻合。
现代理论天体化学学家使用多样的研究工具，包含了剖析模型及计算机数值模拟，剖析模型可以提供每一个步骤是否吻合现行或假定的数学定理，计算机数值模拟则主要用于估算出数学物理模型是否有矛盾之处。理论天体化学学家旨在于发展理论模型便于理解这种模型与观测的拟合程度，这可以使观测者否认或证伪某个模型是否正确，但是从模型当中选择一个恰当的理论来说明观测数据。
一旦某个数学模型大体上被验证，实测天体化学学家都会根据该模型输入观测资料，一旦发觉个别不吻合之处，该理论都会进行修正，直至全面吻合，所有观测数据都合乎理论预测之后，便可称该理论为早已否认的天体化学理论。假如，理论与数据有大批不吻合，该理论会先被限定为有限理论，仍然到发展出其他可以全面吻合的理论之后，该理论会被废弃掉。
理论天体化学研究的范围十分地广泛，包含了：“星体动力”、“星体演变”、“银河生成及演变”、“电磁动力”、“广义相对论”、“宇宙学”、“弦宇宙论”、“天体粒子化学”、“引力波”、“宇宙生命”、“宇宙航行”、“宇宙通信”等等，课题包罗万象。
现代天体化学的发展形式多数采取化学物理的方式，先发展相关理论，之后再透过实测天体化学学的技术手段来验证，但是透过观测数据来修正理论上的缺位，因而经常会见到因为实测天体化学技术的发展，事后发觉理论天体化学的陈述荒谬到完全没法吻合的现象，从而全面修正理论天体化学的模型。实测天体化学饰演天体化学当中最重要的把关及验证，因而，理论天体化学上的盖棺论定一向是由实测天体化学来执行，这也促使实测天体化学学家多数都是这个领域当中最保守的菁英人士在运行。
实测天体化学目前持有全球最尖端的科技来进行研究，技术的演变，天体化学实验数据早已可以采取多种管线获得，包含了地面各种望远镜、空间天文台及空间侦测器。据悉，因为需求的缘故，实测天体化学学家是目前建造超级笔记本的最积极人士，全球最尖端的超级笔记本有大批是由实测天体化学学家所建造及持有，其次则是高能化学学家所建造及持有，多数的实测天体化学学家同时也是笔记本专家及理论化学学家，常常会透过全球虚拟天文台的数据互换来进行研究，超级运算的领域当中，有许多出身于实测天体化学学的工作者。