宇宙線研究方法是探討宇宙線的組成、特性和起源等問題的研究方法。宇宙線是來自空間，由各種高能微觀粒子構成的射流。在宇宙空間自由穿行的稱為“初級宇宙線”;通過地球大氣受大氣作用過的稱為“次級宇宙線”。初級宇宙線中，質子約占87%，α粒子約占12%，另有少量鋰、鈹、硼、碳、氮、氧的原子核，以及極少量的重元素原子核。觀測宇宙線的方法與高能加速器的終端設備很相似，目前多用切連科夫計數器。當宇宙線粒子進入裝置後，產生切連科夫輻射，可用照相方法將這種輻射波拍成底片，用於確定粒子的能量及物理特性，如速度、質量和壽命等。在地面觀測到的都是次級宇宙線。為了儘可能的觀測到初級宇宙線，要求把觀測裝置放在高山上或衛星上。該法主要是探討宇宙線的起源和加速機制問題。
宇宙線的能量高達1020電子伏特，比目前最大的加速器的能量高一億倍以上，是什麼機制使這些粒子獲得這樣高的速度?早期的理論認為，當粒子在宇宙空間運動時，電磁場的加速作用所致。但目前並未發現宇宙空間有一種能加速粒子的電磁場。近年來提出超新星爆發理論，認為高能粒子是超新星爆發時的一瞬間所獲得的高能量和高速度。但這一理論又無法解釋高速運動的粒子在通過宇宙空間時，為何一點也未被減速? 宇宙線對地球物理現象以及日常生活都有影響，而且關係密切，是天體物理學的重要研究領域。
