Есть такая штука, называется спектральный анализ.
Если на максимально упрощённом уровне, то каждое вещество в процессе своего горения даёт немного разный цвет огня. Глазом это не всегда видно, но приборы вполне различают. В результате мы можем с уверенностью сказать, какое вещество сейчас горит на поверхности той, или иной звезды.
Планеты сами по себе не светятся, но они отражают свет своей звезды. При этом, взаимодействуя с веществом планеты, свет снова немного меняется и эту разницу снова можно получить с помощью чувствительных приборов.
То есть сравнив отражённый от планеты свет со светом звезды можно понять, какие вещества есть на планете.
А дальше в дело вступают физика с химией и математическое моделирование. Есть спектральные линии воды и кислорода + планета находится в зоне, где возможно существование воды в жидкой форме - значит вода там есть почти наверняка. Очень много линий водорода, но мало тяжёлых элементов, плюс сама планета явно массивная - значит это газовый гиган по типу Юпитера. И так далее.