Il rinnovo della strumentazione a partire dal 1850 mise l'Osservatorio in grado di partecipare da protagonista, all'avvento dell'Unita d'Italia, allo sviluppo della Fisica Solare e dell'Astrofisica, principalmente tramite il contributo dell'astronomo aggiunto Pietro Tacchini.

A partire dal 1976, con l'affidamento della direzione a Giuseppe S. Vaiana, uno dei pionieri dell'Astronomia spaziale, l'Osservatorio si i specializzato in quest'ultima disciplina, ed in particolare nell'Astronomia a Raggi X, costituendo oggi un punto di riferimento per la Fisica della corona solare e delle Corone Stellari. Per mezzo del laboratorio XACT l'Osservatorio partecipa, inoltre, allo sviluppo di strumentazione per le prossime missioni spaziali di Astronomia a raggi X.

Nel corso di oltre due secoli di vita l'Osservatorio ha acquisito una ricca collezione di strumenti scientifici di notevole interesse, un importante collezione di documenti di archivio rilevanti per la storia delle istituzioni scientifiche, ed una biblioteca specializzata di particolare completezza. In aggiunta alle attivita scientifiche in campo astrofisico, queste collezioni hanno fornito lo stimolo a produttive ricerche in Storia dell'Astronomia e della strumentazione astronomica.