El espectro de las galaxias se parece al estelar, ya que consiste en la luz de millones de estrellas combinadas. La espectroscopia galáctica ha conducido a muchos descubrimientos fundamentales. Edwin Hubble descubrió en la década de 1920 que, aparte de las más cercanas (aquellas en lo que se conoce como el Grupo Local), todas las galaxias se alejan de la Tierra. Cuanto más lejos esté una galaxia, más rápido se está alejando (ver la Ley de Hubble). Ésta fue la primera indicación de que el Universo se creó en un único punto, en un Big Bang.
Los estudios de Fritz Zwicky sobre agrupaciones galácticas mediante efecto Doppler encontraron que la mayoría de las galaxias se están moviendo más rápido de lo que parecía posible, por lo que se conocía de la masa de estas agrupaciones. La hipótesis de Zwicky es que debe existir una gran cantidad de materia no luminosa en las agrupaciones galácticas: lo que acabó conociéndose como materia oscura
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