يطرح علم الأحياء الفلكي سؤالاً جوهرياً: هل توجد حياة في أماكن أخرى من الكون؟ ولا يقتصر الأمر على الكائنات الفضائية فحسب، بل يدرس هذا المجال كيف بدأت الحياة على الأرض، وما هي الظروف التي تحتاجها، وأين قد توجد هذه الظروف خارج كوكبنا. وهو يجمع بين علم الأحياء والكيمياء والجيولوجيا وعلم الفلك وعلوم الكواكب.

يركز البحث على الماء والكربون والطاقة. يُعد الماء السائل المذيب الأكثر ترجيحًا للحياة كما نعرفها. يشكل الكربون الجزيئات المعقدة التي تستخدمها الحياة. أما مصادر الطاقة، من ضوء الشمس إلى التدرجات الكيميائية، فتُحفز عمليات الأيض. يبحث علماء الأحياء الفلكية عن هذه المكونات على سطح المريخ، وفي المحيطات الجوفية لقمري أوروبا وإنسيلادوس، وفي أغلفة الكواكب الخارجية.

يدرس هذا المجال أيضاً الكائنات المتطرفة، وهي كائنات حية تعيش على الأرض في البيئات القاسية كالمناخات الحارة والبحيرات الحمضية والنفايات المشعة. تُوسّع هذه الكائنات نطاق البيئات التي قد توجد فيها الحياة، كما تُسهم في تصميم أجهزة البحث عن البصمات الحيوية، وهي الآثار الكيميائية التي تخلفها الكائنات الحية.

لم يتم العثور على دليل قاطع على وجود حياة خارج كوكب الأرض. ويستمر البحث لأن السؤال بالغ الأهمية ولا يمكن تجاهله.