Największym problemem jest duża prędkość cząsteczek pyłu kosmicznego (10–40 km/s), dlatego przez długi czas badania bezpośrednie ('in-situ') opierały się na pomiarze prędkości i masy cząsteczki w oparciu o dane uderzenia cząsteczki o miernik, a następnie odtwarzania tego samego wyniku poprzez bombardowanie identycznego miernika w laboratorium różnymi substancjami – aż do uzyskania podobnego efektu. W miarę postępu technicznego zaczęto stosować coraz bardziej wyrafinowane metody pomiaru, jak badanie fal dźwiękowych, jonizacja cząstki. Najnowszym osiągnięciem jest próbnik z sondy Stardust; zawiera on gęsty żel, który łapie pył gwiezdny, nie uszkadzając go, i dając naukowcom możliwość zbadania go w stanie nienaruszonym.
Dzięki teleskopom na podczerwień, których promieniowanie przenika przez pył kosmiczny, można obserwować regiony, w których formują się gwiazdy bądź centra galaktyk. 25 września 2003 z przylądka Canaveral NASA wystrzeliło teleskop Spitzera, największy teleskop na podczerwień wystrzelony w przestrzeń kosmiczną. Większość promieniowania podczerwonego jest blokowana przez atmosferę ziemską dlatego zdecydowano się na jego użycie.