20世纪60年代，随着大型射电望远镜性能的提高，在天体物理学这门最引人入胜的学科里，接连传出了几项重大发现，这就是：类星体、脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子。
1960年发现了第一个类星体，它的最大特征就是光谱线的红移特别大，这表示它离我们地球非常遥远，竟有几十亿到上百亿光年以上。另一方面，类星体的光度要比整个银河系（银河系中约有1000亿颗恒星）还要强100—1000倍，射电亮度更要强10万倍！可是，类星体的体积却很小，只有银河系的几千万亿分之一！是什么原因使类星体能在如此小的体积内积聚着这样巨大的能量呢？是不是存在着一种我们今天还没有了解的新能源呢？随着多年来观测资料的积累，已发现了6200多个类星体。人们虽然对它有了一些了解，但它们的本质仍然是一个谜！
1967年，两位英国天文学家在天空中观测到一个奇特的射电源，它们以极其精确的周期重复地发出一个个射电脉冲，脉冲的准确度胜过普通的钟表。起初，天文学家们甚至怀疑它们是来自宇宙中的高级生物向我们发送无线电报呢！后来又陆续发现了一系列这样的天体，通过研究，天文学家认识到，这是一种新的天体——快速自转的中子星，称脉冲星。现在，已经发现的脉冲星有550多个。脉冲星的质量与太阳差不多，体积却十分小，通常直径只有10—20千米，因此密度很大，1立方厘米的脉冲星物质竟有1亿吨，是太阳核心物质密度的1万亿倍！脉冲星表面温度在1000万摄氏度以上，核心温度更高达60亿摄氏度。在这种高温高压下，物质处于一种奇异的状态——中子态，即原子的外层电子全部被挤入原子核而与核内正电荷中和，结果，原子核呈中性不带电状态，核与核紧密地排在一起而使体积大大缩小。现在不少人认为，脉冲星是一种年老的恒星，因其核燃料消耗完毕，引起了一场灾变而坍缩的结果。脉冲星的发现者也因此获得了1974年诺贝尔物理学奖。
1965年，两位美国物理学家在寻找干扰卫星通信系统的噪声源时，偶然发现天空的各个方向上都有着一种微弱的微波辐射，它们相应于绝对温度为3K的黑体辐射。这种辐射来自宇宙深处，各个方向上几乎完全相同，可见宇宙并不是“真空”。这个现象在天文学上称为微波背景辐射。它为宇宙起源于大爆炸这一理论提供了最好的观测证据。
20世纪60年代，人们在对星际空间中的短厘米波和毫米波射电辐射做了大量观测以后，出人意料地发现了多种多样的以分子形式存在的宇宙物质，其中不仅有简单的无机物，还有比较复杂的有机分子。星际分子与恒星的演化有着密切的关系。更重要的是，星际有机分子的发现，为宇宙中生命起源的研究提供了重要的线索。
