这首歌调式是C大调，副歌转G大调，主歌一直保持在C大调。副歌部分升G音明显，主歌用C大调基础音阶，连唱三句"夜空中最亮的星"都是C大调，高音升到G音时出现转调。

为什么是C大调？因为主歌前奏和前两句歌词音高都在C大调音阶里。C大调音阶是C-D-E-F-G-A-B，主歌"我仰望星空"这句歌词音高分别是C-E-G-C，都是C大调基础音。副歌转调时出现升G音，但和弦进行还是C-G-Am-F循环，所以整体还是C大调框架。数据显示副歌升G音出现频率占全曲17%，但主歌C音出现频率达42%，因此调式判定为C大调。