نجوم نظری، یا نجوم نظریه‌ای، به مطالعه و تحلیل ساختار و رفتار ستاره‌ها و دیگر اجرام آسمانی از طریق مدل‌های ریاضی و فیزیکی می‌پردازد. این علم به بررسی ویژگی‌های مختلف ستاره‌ها، از جمله نور، دما، و ترکیب شیمیایی آن‌ها می‌پردازد و به درک بهتر فرآیندهای درونی آن‌ها کمک می‌کند. این حوزه به طور خاص به فیزیک ستاره‌ای و مدل‌سازی ستاره‌ای مرتبط است و می‌تواند به پیش‌بینی عمر و تکامل ستاره‌ها کمک کند. نجوم نظری به دانشمندان این امکان را می‌دهد که با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری، رفتار ستاره‌ها را در شرایط مختلف بررسی کنند.