Спектралният анализ е мощен метод, разкриващ химичния състав, физичното състояние на излъчващото вещество, околоосното въртене и движението в пространството, съдейки по изместването на спектралните линии като цяло към синия или червен край според ефекта на Доплер, но не дава пряк отговор на въпроса в какво агрегатно състояние е това вещество.

30 години след полагане основите на спектралния анализ от Кирхоф и Бунзен, Араго успял да докаже, че звездите са газови кълбета , изучавайки поляризацията на светлината от края на слънчевия диск и звездните затъмнения на двойни звезди. Това дало основание да се привлекат физичните закони, описващи състоянието на идеален газ за определяне на основни характеристики на звездите. Представата за звездите като газови кълбета не е точна, но това станало ясно доста по-късно – едва през 40-те години на следващия ХХ век, когато се заговорило за плазменото състояние на веществото. При високитемператури нараства кинетичната енергия на електроните и те се откъсват от “своето” атомно ядро. Като цяло плазмата е електрически неутрална – броят на отрицателните заряди на електроните и положителни заряди на атомните ядра е еднакъв, но е достатъчна малка промяна на магнитното поле и хаотично движещите се сред атомните ядра електрони получават насочено движение. В плазмата протича ток, чиито промени водят до по-съществени промени на магнитното поле и т.н. Плазменото състояние на слънчевото и звездно вещество обяснява техните активни процеси, но това е станало възможно по-късно. Във втората половина на ХІХ век и представата за звездите като газови кълбета била достатъчна, за да започне развитието на тяхното проучване.

Американският физик Джонатан Лейн , стремейки се да надникне в звездните недра, предполага че огромните газови кълбета са в равновесие поради нарастване на налягането в дълбочина. Разполагайки с определени експериментални данни за количеството енергия, излъчвана от нагрети газове, Лейн дава доста завишена оценка за температура и налягане на слънчевата повърхност. Поради неразработени физични теории за излъчване на нагрети тела, други автори пък дават доста занижени оценки за налягането и температурата.

Друг раздел на физиката, получил мощен тласък на развитие в края на ХІХ век, дава точен метод за получаване на една от основните характеристики на зевздите – температурата на излъчващата им повърхност. Термодинамиката използва свой идеализиран модел за абстракция от огромното разнообразие от физични свойства на реалните тела.Абсолютното черно тяло е в идеално термодинамично равновесие. Неговите свойства зависят единствено и само оттемпературата му.

Важен принос за развитие на астрофизиката са трудовете на австрийците Йозеф Стефан и асистентът му Лудвиг Болцман, в които те стигат до зависимостта на количеството излъчената енергия за единица време от единица площ от повърхността на абсолютно черно тяло от 4-тата степен на температурата му.