يدرس فلك الأشعة السينية الأجسام الفلكية ذات الأطوال الموجية التي تساوي الأشعة السينية. تنبعث الأشعة السينية من الأجسام مثل الانبعاثات السنكروترونية (والتي تنتجها الالكترونات المتأرجحة حول خطوط المجال المغناطيسي)، والانبعاثات الحرارية للغازات الرقيقة (وهي تسمى أشعة الانكباح) التي تزيد عن 10 7 (10 مليون) كلفن، والانبعاثات الحرارية للغازات السميكة (وتسمى إشعاعات الجسم الأسود) التي تزيد عن 10 7 كلفن.[19] وحيث أن الغلاف الجوي لكوكب الأرض يمتص الأشعة السينية، يجب أن يتم رصد الأشعة السينية من خلال منطاد مرتفع جداً، أو صواريخ أو مركبات فضائية. وتشمل مصادر الأشعة السينية ثنائيات الأشعة السينية، والنباض، وبقايا المستعر الأعظم، والمجرات الإهليلجية، وعناقيد المجرات، والنوى المجرية النشطة.
