天文观测中拍摄暗弱星像时专用的长时间曝光（几秒钟到几小时，甚至更长）的底片。照相底片一般不适用互易律，即相同的曝光量（光的照度和曝光时间的乘积E×t）并不产生相同的照相密度。这种特性称为“互易律失效”。当光照度很强或很弱时，一般底片的互易律失效特别严重;但天文底片在低照度时,互易律失效比较小。如果用普通的感光测定仪（曝光时间约 0.05～1秒）来测定天文底片,其灵敏度并不比普通的底片高;但用天文感光仪（曝光时间为几十分钟）来测定，天文底片就显示出高得多的灵敏度。
天文底片不仅用来记录天象，而且作为一种重要的二维辐射探测器，广泛应用于天体光度测量和天体分光光度测量。在这些测量中，必须精确测定底片特性曲线，以便通过测定照相密度D来确定照度E，从而确定天体辐射强度。特性曲线表示出密度同曝光量对数间的关系,它同底片材料、曝光时间、显影和定影过程有关。通常使用曲线中代表正常曝光的直线部分。直线斜率称为γ值（也称反差或对比度）。这个数值影响到测量的动态范围和精度。
天文底片有颗粒粗细之分。对于输入信噪比远大于1的探测，例如对亮变星和用干涉滤光器的照相等,为了缩短曝光时间，常采用粗颗粒、高灵敏度天文底片。对于输入信噪比远小于1的探测,例如对暗弱的遥远恒星和星系的照相时，就要用颗粒细但量子效率高的天文底片。对后一种底片若采取气体敏化措施，探测量子效率可从原来的0.1％提高到4％,望远镜的极限星等可以提高1～1.5等。
同光电探测器件相比，天文底片量子效率较低，响应非线性，精度低，宽容度较小。但是，它可以做成很大的尺寸（甚至大于50×50厘米2）。信息容量非其他探测器可比，而且价格便宜，并可长期保存。
