يتعامل فلك الأشعة تحت الحمراء مع كشف وتحليل الأشعة تحت الحمراء (وهي أطوال موجية أكبر من موجات الضوء الأحمر). ويمتص الغلاف الجوي الأشعة تحت الحمراء بشكل كبير ما عدا في حالة لأطوال الموجية القريبة من الضوء المرئي، ومن ثم ينتج الغلاف الجوي انبعاثات من الأشعة تحت الحمراء.وبالتالي، يجب أن يكون هناك مراصد للأشعة تحت الحمراء في المناطق الجافة جداً أو في الفضاء. ويعد طيف الأشعة تحت الحمراء مفيداً في دراسة الأجسام الباردة التي لا يمكنها إشعاع ضوء مرئي مثل الكواكب والـCircumstellar disk.ويمكن للأطوال الموجية الخاصة بالأشعة تحت الحمراء اختراق سحب الغبار التي تقف حاجزاً أمام الضوء المرئي، مما يسمح بمشاهدة النجوم الصغيرة داخل السحب الجزيئية والنوى المجرية.[20] وتشع بعض الجزيئات الأشعة تحت الحمراء بقوة، ويمكن استخدام ذلك لدراسة الكيمياء في الفضاء، والكشف عن المياه في المذنبات.
