Astrobioloogia uurib elupotentsiaali väljaspool planeedi Maa piire. See hõlmab mitmeid teadusharusid, sealhulgas bioloogiat, keemiat, astroloogiat ja geoloogiat. Mitmetes kolledžites ja ülikoolides on astrobioloogiaprogrammid inimestele, kes soovivad keskenduda selle teadusharu uurimisele, ning astrobioloogiat õpitakse ka sellistes agentuurides nagu National Aeronautics and Space Administration (NASA).
Teadusringkondades on astrobioloogia üle vaidlusi. Mõned teadlased arvavad, et inimesed peaksid keskenduma elule Maal, aga ka probleemidele, millega Maa organismid silmitsi seisavad, mitte aga elupotentsiaalile väljaspool Maa piire. Teised vaatavad astrobioloogiale nina alla, sest seda peetakse ääreteaduseks, mis tugineb suuresti teooriatele, oletustele ja ekstrapolatsioonile. Kuid mõned arvavad, et astrobioloogia on oluline uurimisvaldkond ja see võib anda vihjeid elu tuleviku kohta Maal ja universumis üldiselt.
Selle valdkonna teadlased uurivad Maa elu ajalugu, evolutsiooni ja olemust, et saada rohkem teada elupotentsiaali kohta universumis. Vaadates Maa elu, saavad astrobioloogid mõelda parameetritele, mida saaks kasutada eluotsingute kitsendamiseks mujal. Näiteks arvatakse üldiselt, et vesi on elutegevuseks vajalik, mistõttu on teadlastele huvi eriti huvitatud kosmoses leiduvatest objektidest, mis sisaldavad veekogusid. Huvi pakuvad ka sellised küsimused nagu tähe lähedus planeedile, millel võiks olla elu.
Lisaks sellele, et astrobioloogid vaatlevad elu Maal ja püüavad teha prognoose evolutsiooni tuleviku kohta, vaatavad astrobioloogid ka tähti. Nad uurivad kosmosest hangitud objekte, näiteks Kuult pärit materjale, aga ka fotosid kaugetest planeetidest ja muudest kosmoseobjektidest. Selliseid esemeid uurides loodavad nad avastada elu jälgi või vähemalt märke, et elu oli kunagi olemas, isegi kui see ei ole enam aktiivne.
Võõrate eluvormide uurimine nõuab ka mõningaid väljakutseid bioloogia põhialuste osas. Näiteks võivad Maal eluks vajalikud rakustruktuurid universumi teistes nurkades olla täiesti erinevad ja ka elu peamised ehitusplokid võivad olla üsna erinevad. See tähendab, et astrobioloogia on mõnikord vastuolus teiste teaduste valdkondadega, kuna teadlased soovivad hoida avatud meelt selle suhtes, milliseid vorme võib elu võtta.