X-ışını teleskopları, yıldızlar, galaksiler ve galaksi kümeleri de dahil olmak üzere evrendeki çok çeşitli nesneleri incelemek için kullanılır. Ayrıca galaksiler arasındaki boşluğu dolduran sıcak gazı incelemek için de kullanılırlar. Gökbilimciler X ışınlarını gözlemleyerek bu nesnelerde meydana gelen fiziksel süreçler hakkında bilgi edinebilirler.
X-ışınlarının Dünya atmosferi tarafından emilmesini önlemek için uzaya X-ışını teleskopları yerleştirilir. Bu, herhangi bir müdahale olmadan uzaktaki nesnelerden X ışınlarını toplamalarına olanak tanır. X-ışını teleskopları genellikle bakımının ve onarımının kolayca yapılabileceği alçak Dünya yörüngesine yerleştirilir.
Bazı X-ışını teleskopları aynı zamanda jeosenkron yörünge gibi daha yüksek yörüngelere de yerleştirilir. Bu onların daha geniş bir görüş alanına sahip olmalarını ve nesneleri daha uzun süre gözlemlemelerini sağlar. Ancak daha yüksek yörüngelerdeki X-ışını teleskoplarının bakımı ve onarımı daha zordur.
X-ışını teleskoplarının uzaya yerleştirilmesi evrenin incelenmesinde devrim yarattı. Gökbilimcilerin daha önce görünmez olan nesneleri gözlemlemesine ve evrende meydana gelen fiziksel süreçler hakkında bilgi edinmesine olanak sağladı.