在天文攝影的過程中，勢必會產生各式各樣的問題，導致相機所拍到的照片與實際天體的樣貌有落差，為了解決這些落差，天文影像處理可以說是天文攝影必須的一環。

許多因素會影響照片，導致數值不正確，比如長時間曝光產生的熱雜訊、因鏡頭及相機光學構造導致的光線不均勻、隨機的雜訊等等，修正這些不正確的數值，還原天體影像真實的樣貌。

(未經處理的聖誕樹星雲局部放大，可以看到許多雜訊，這並非是天體真的長這樣，而是相機產生的，經過適當的影像處理將雜訊降低，才能得到正確的天體影像)

同時，記錄在相機中的數位資訊要如何表現出來，讓人眼可以辨識也是一大重點，這原因主要是由於天文攝影所拍攝的亮度資訊亮暗落差極大，一般電腦圖片及螢幕能顯示的亮暗範圍較小，如何合理的將影像表現也是後製處理的工作。
在亮度的呈現上，例如常見的jpg檔，紀錄亮度的範圍為8bit，在數值中是以0~255的數值表示從暗到亮，在相機的原始檔案中，通常拍攝的原檔是14bit或16bit的影像，若是單純的將16bit線性轉換成8bit，在16bit影像中(數值範圍0~65535)，如256~511數值的亮度範圍都只會變成8bit中的數值1，這將會喪失許多影像的資訊。

(火鳥星雲，左圖為將16bit的檔案未調整直接轉換為jpg，許多亮度的細節差異都無法呈現，右圖經過簡易的亮度調整，才產生一般我們熟悉的影像)

再進一步，若是分析影像中的亮度空間分布，也可以針對希望強調的部分進行強化、銳化等，不過這種後製處理相對來說就沒那麼「科學」。