Η αστροβιολογία θέτει ένα μεγάλο ερώτημα: υπάρχει ζωή αλλού στο σύμπαν; Δεν αφορά μόνο τους εξωγήινους. Ο τομέας μελετά πώς ξεκίνησε η ζωή στη Γη, ποιες συνθήκες χρειάζεται και πού μπορεί να υπάρχουν αυτές οι συνθήκες πέρα ​​από τον πλανήτη μας. Συνδυάζει τη βιολογία, τη χημεία, τη γεωλογία, την αστρονομία και την πλανητική επιστήμη.

Η αναζήτηση επικεντρώνεται στο νερό, τον άνθρακα και την ενέργεια. Το υγρό νερό είναι ο πιο υποσχόμενος διαλύτης για τη ζωή όπως την γνωρίζουμε. Ο άνθρακας σχηματίζει τα σύνθετα μόρια που χρησιμοποιεί η ζωή. Οι πηγές ενέργειας, από το ηλιακό φως έως τις χημικές διαβαθμίσεις, καθοδηγούν τον μεταβολισμό. Οι αστροβιολόγοι αναζητούν αυτά τα συστατικά στον Άρη, στους υποεπιφανειακούς ωκεανούς της Ευρώπης και του Εγκέλαδου, καθώς και στις ατμόσφαιρες των εξωπλανητών.

Ο τομέας μελετά επίσης τα ακρόφιλα, οργανισμούς στη Γη που επιβιώνουν σε βράζουσες πηγές, όξινες λίμνες και ραδιενεργά απόβλητα. Αυτά τα πλάσματα διευρύνουν το φάσμα των περιβαλλόντων όπου θα μπορούσε να υπάρχει ζωή. Επίσης, επηρεάζουν τον σχεδιασμό οργάνων που αναζητούν βιο-υπογραφές, τα χημικά ίχνη που αφήνουν πίσω τους οι ζωντανοί οργανισμοί.

Δεν έχουν βρεθεί οριστικά στοιχεία για εξωγήινη ζωή. Η αναζήτηση συνεχίζεται επειδή το ερώτημα είναι πολύ σημαντικό για να αγνοηθεί.