تلسکوپ فضایی هابل، در مداری در حدود 380 مایلی یا 610 کیلومتری بالای زمین، آسمان را بدون این که مجبور باشد از میان جو زمین نگاه کند، مشاهده می کند. جو زمین نور را خم می کند و آن را به صورت پدیده ای که انکسار نامیده می شود در می آورد. این در حالی است که جو به طور دایم هم حرکت می کند.
این ترکیب انکسار و حرکت باعث می شود نور ستاره هنگامی که از میان هوا می گذرد جهش کند و ستاره چشمک بزند. چشمک زدن ستاره تصاویری که از میان تلسکوپ های روی زمین دیده می شود را مبهم و نامشخص می کند. بنابراین وقتی یک تلسکوپ در حال گردش در بالای جو است نسبت به یک تلسکوپ روی زمین می تواند تصاویری با جزییات بهتر تولید کند.
این تصویر با رنگ های اشتباه به وسیله تلسکوپ فضایی هابل گرفته شده و حلقه ها و ابرهای اورانوس را نشان می دهد. رنگ های مختلف در این تصویر شرایط جوی متفاوت را نشان می دهد
تلسکوپ فضایی هابل همچنین می تواند نور ماورای بنفش و مادون قرمز را مشاهده کند که جو زمین جلوی آنها را سد می کند. این اشکال نور همانند نور قابل مشاهده، تشعشعات الکترومغناطیسی دارند. طول موج نور ماورای بنفش کوتاه تر از نور قابل مشاهده است. نور مادون قرمز طول موج های بلندتری نسبت به نور قابل مشاهده دارد. نور ماورای بنفش از فرایندهای همراه با تولید انرژی بالا مثل تشکیل دیسک ها در اطراف سیاهچاله ها و انفجار ستارگان به وجود می آید. نور مادون قرمز درباره حوادث آرام تر و سردتر مثل تشکیل ابرهای گرد و غبار در اطراف ستارگان جدید اطلاعاتی می دهد. آژانس فضایی ایالات متحده آمریکا با همکاری آژانس فضایی اروپا از تلسکوپ فضایی هابل بهره برداری می کند.
تلسکوپ به وسیله فرمان های رادیویی که که ازمرکز پرواز فضایی “گدارد” ناسا در گرین بلت مریلند مخابره می شود، کنترل می شود. ستاره شناسان می گویند تلسکوپ جایی قرار دارد که ابزارهای هدایت کننده رایانه درخارج از تلسکوپ می توانند نتیجه مشاهداتش را ثبت کنند. تلسکوپ داده ها را به وسیله رادیو به ستاره شناسان روی زمین انتقال می دهد.
تلسکوپ فضایی هابل دو نوع ابزار دارد:1- تصویر بردارها، که عکس ها را می گیرند و 2- طیف نماها که نور را تجزیه و تحلیل می کنند. تصویربردارها نمایش گرهای الکترونیکی ای به نام CCD’s هستند. این ها نور را به علایم الکترونیکی ای تبدیل می کنند که روی یک رایانه سوار شده و نور را ثبت می کند و به زمین می فرستد.
یک طیف نما مثل منشور نور را به رنگ های تشکیل دهنده اش تبدیل می کند. بیشتر شبیه به قطرات کوچک آب که نور خورشید را به یک رنگین کمان تبدیل می کند. نتیجه، نوار نور است. با استفاده از طیف نما و داده های تلسکوپ فضایی هابل، ستاره شناسان می توانند ترکیبات تشکیل دهنده ستارگان و کهکشان ها را اندازه گیری کنند. برای مثال مقادیر هیدروژن، کربن و دیگر عناصر شیمیایی آنها را تعیین کنند.