Medan en kandidatexamen kan ge färdigheter för att arbeta i vissa miljöer som astronom, kräver de flesta forsknings- och undervisningspositioner inom astronomi en doktorsexamen. Doktorsutbildningar i astronomi tar vanligtvis fyra till åtta år att slutföra efter kandidatexamen och involverar kurser, forskning och färdigställande av avhandling.
Under kandidat- och doktorsprogrammen skaffar astronomer en stark grund i fysik och matematik, samt specialkunskaper inom astronomi och astrofysik. De studerar ämnen som stellar evolution, kosmologi och planetarisk vetenskap. De får också praktisk erfarenhet genom observation, dataanalys och forskningsprojekt.
