En 1946 commencent les recherches en spectrophotométrie solaire (D. Chalonge, J.C. Pecker, R. Michard) et celles sur la diffusion de la lumière (G. de Vaucouleurs). La géophysique est alors présente avec les études sur l'ozone atmosphérique, les aurores, la lumière zodiacale, le ciel nocturne (D. Barbier, E. Vigroux). Un important bureau de calcul, où sont élaborées de nouvelles méthodes de calcul numérique, est créé, ainsi que des ateliers de mécanique, d'optique et d'aluminure de miroirs pour la fabrication de nouvelles générations d'instruments d'observation et pour le perfectionnement des instruments de dépouillement.

Les recherches théoriques se développent en parallèle concernant les atmosphères stellaires et solaires (V. Kourganoff à partir de 1945, J.C. Pecker à partir de 1946), les intérieur des étoiles et leur évolution (E. Schatzman et ses élèves). L'astrophysique théorique prend une place de plus en plus importante au fil des années avec pour objectif prioritaire la compréhension de la nature et de l'évolution des astres. Après la mort d'Henri Mineur en 1954, l'IAP est dirigé par André Danjon (de 1954 à 1960), puis par André Lallemand (de 1960 à 1971), dont les activités de recherche restent localisées à l'Observatoire de Paris. De nombreux thèmes viennent s'ajouter aux précédents : physique des plasmas, transfert de rayonnement, matière interstellaire et régions HII, astrophysique de laboratoire (arc à plasma, physique atomique), problèmes stochastiques, physique des planètes et de l'atmosphère terrestre. L'astrophysique fait son entrée dans les programmes universitaires, aux côtés de l'astronomie fondamentale et de la mécanique céleste, et attire de nombreux passionnés de cette science nouvelle. La réputation internationale de l'IAP va se construire, au début des années soixante, avec les remarquables contributions scientifiques d'Evry Schatzman et de ses nombreux étudiants, qui constituent un groupe d'astrophysique théorique particulièrement vivant et productif.