สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) มีบทบาทหน้าที่สำคัญในการวิจัยและค้นคว้าด้านดาราศาสตร์ ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ และด้านบรรยากาศวิทยาของประเทศ ซึ่งเป็นการวิจัยค้นคว้าทางด้านฟิสิกส์และองค์ประกอบของเทหวัตถุต่างๆ เช่น ดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ กาแล๊กซี่ เอกภพ รวมถึงปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เกี่ยวข้องกับบรรยากาศของโลกเรา ซึ่งถือว่าเป็นการวิจัยขั้นพื้นฐานหรือเรียกว่าวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ โดยสถาบันได้แบ่งกรอบการวิจัยไว้ 4 ด้านคือ

 

การศึกษาวัตถุใกล้โลก  สภาพอวกาศ และภูมิอากาศของโลก	ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ดาวฤกษ์
การศึกษาดาวเคราะห์และสิ่งมีชีวิตนอกระบบสุริยะ	การศึกษาวิจัยจักรวาลวิทยาและฟิสิกส์ดาราศาสตร์พลังงานสูง