تستخدم التلسكوبات الفضائية في الأبحاث الفضائية بشكل رئيسي لجمع البيانات الفضائية والتي تحتاج إلى تصوير دقيق للأجرام السماوية مثل الكواكب والمجرات والنجوم والغيوم الكونية والسدم الغازية والأشعة الكونية والإشعاعات الكهرومغناطيسية الأخرى. كما يتم استخدام التلسكوبات الفضائية لرصد الأحداث الفلكية النادرة مثل الانفجارات النجمية والنيازك والنجوم المتحولة بشكل سريع، والتي يصعب رؤيتها من الأرض بسبب الغيوم والغبار في الغلاف الجوي.
تستخدم التلسكوبات الفضائية أيضًا لقياس المجال المغناطيسي للأجسام الفضائية والإعجابات والتحليلات الأخرى للمواد الفلكية التي لا يمكن قياسها بواسطة التلسكوبات الأرضية.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام التلسكوبات الفضائية في دراسة الأشعة الكونية والإشعاعات المتفرقة والجسيمات المشحونة المتسارعة، والتي تساعد على فهم أسرار الكون والتطور الكوني وأسرار ما يدور حولنا.