レーザーは銀河や宇宙を研究対象とした天文光学分野においてナノスケールレベルの微視的な、また巨視的サイズまでの範囲のオブジェクトを研究するためのさまざまなアプリケーションに応用が可能です。例えばガイドスター(人工ガイド星)は地球上に設置された望遠鏡の空間分解能を最適化するために必要です。この人工ガイド星はTOPTICA社のガイドスターレーザーSodiumStarを使用して実現することができます。このシステムは革新的なレーザー研究に対して贈られるBerthold Leibingerイノベーションプライズを2016年に受賞しています。 

また地球を取り巻く大気を研究するためのいくつかのアプリケーションは最先端のレーザー技術に依存しています。たとえばLIDAR技術はレーザーを使用して圧力、温度、湿度、ガス濃度または光学的性質等のさまざまな大気中のパラメータを測定します。またLIDAR技術は距離測定も可能にします。これはレーザー距離計やレーザートラッカーでも実現できます。