Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Jagiellońskiego (OA UJ) prowadzi szeroki zakres badań w dziedzinie astronomii i astrofizyki. Działalność naukowa jest realizowana w różnych zakładach, z których każdy koncentruje się na specyficznych obszarach badawczych:
- poznawanie procesów ewolucji gwiazd na podstawie obserwacji gwiazd zmiennych fizycznie i gwiazd zaćmieniowych,
- badania jąder kometarnych, w tym komet i asteroid pochodzących spoza Układu Słonecznego,
- studia nad ewolucją galaktyk i wielkoskalowej struktury Wszechświata,
- badania własności spektroskopowych i dynamiki galaktyk aktywnych radiowo, w tym mechanizmu wielokrotnej aktywności radiowej galaktyk aktywnych.
- badania nad rozmaitymi sformułowaniami matematycznymi fizyki grawitacyjnej i ich zastosowaniami w astrofizyce relatywistycznej,
- relatywistyczna teoria powstawania struktur (skupisk materii) we wczesnym Wszechświecie,
- zastosowania soczewkowania grawitacyjnego w kosmologii,
- zjawiska chaotyczne i krytyczne w ogólnej teorii względności,
- zastosowania systemów algebry komputerowej w Ogólnej Teorii Względności i astrofizyce relatywistycznej.
- współczesna astronomia promieniowania gamma najwyższych energii - światowe projekty High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), Cherenkov Telescope Array (CTA) oraz Fermi Large Area Telescope (LAT).
- badania nad astrofizyką dysków akrecyjnych i relatywistycznych dżetów,
- ewolucja kosmologiczna supermasywnych czarnych dziur i galaktyk aktywnych,
- astrofizyka rozbłysków gamma, w tym badania nad ich standaryzacją i wykorzystaniem w charakterze uniwersalnych świec standardowych,
- heliofizyka - badania Słońca, w tym koronalnych wyrzutów materii,
- badania zjawisk geofizycznych i wpływu heliosfery na Ziemię z wykorzystaniem pomiarów fal elektromagnetycznych ekstremalnie niskich częstości (ELF),
- teoria przyspieszania i propagacji promieni kosmicznych w wysokich energiach.
- badania własności gazu i pól magnetycznych obecnych w galaktykach, w ich grupach i gromadach oraz w przestrzeni międzygalaktycznej,
- obserwacje radiowe galaktyk prowadzone z pomocą największych radioteleskopów i najnowocześniejszych interferometrów radiowych (EVLA, LOFAR, WSRT, ATCA) oraz obserwatoriów kosmicznych (XMM-Newton, Herschel),
- komputerowe modelowanie ewolucji kosmicznych pól magnetycznych i oddziaływań grawitacyjnych pomiędzy galaktykami
- teoria i modelowanie formowania się pierwotnych struktur: włókien i supergromad galaktyk,
- badanie własności jonosfer planetarnych,
- badanie transportu eolicznego w rejonach równikowych Marsa.