Tuvāko galaktiku attālumu nosaka, novērojot spožākās maiņzvaigznes, kuru absolūtais zvaigžņlielums ir zināms. Reti uzliesmojušo pārnovu attālumus nosaka, izmantojot Doplera efektu un Habla likumu (parādību, kad Visuma izplešanās rezultātā spektru sarkanā nobīde pieaug proporcionāli objekta attālumam). Visuma struktūra tiek kartēta, mērot viļņu garumus galaktiku spektros. Tumšās matērijas apjomu un izvietojumu pēta ar galaktiku lauku attēliem, kas nedaudz izkropļoti, starojumam ejot caur galaktiku priekšplānā esošām gravitācijas lēcām. Lai izprastu galaktiku veidošanos, izmanto dziļo lauku attēlus, kuros redzamas tālas galaktikas Visuma agrīnajos laikmetos, kad galaktikas pārsvarā bija nelielas un neregulāras. Izmantojot specifisku spektrogrāfu, no katra telpiskā attēla punkta iegūst tā spektru. Spektru nobīde atklāj objektu kustību un ļauj pētīt, kā notiek galaktiku saplūšana, kuras rezultātā izveidojās lielāki un masīvāki objekti, daži ar spirālveida zariem. Galaktiku sadursmju sekas tiek mērītas ar radioviļņu spektrogrāfiem, kas ļauj sekot gravitācijas paisuma spēku izmestajai zvaigžņu un gāzu straumju plūsmai, novērojumus salīdzinot ar teorētiskiem skaitliskiem modeļiem. No zvaigžņu kustību īpatnībām var secināt par galaktiku kanibālisma procesiem, kad mazākas zvaigžņu sistēmas tiek iekļautas lielākās galaktikās (arī Piena Ceļa galaktikā). Melno caurumu masu nosaka, izmantojot Doplera efektu (mērot apkārtējo zvaigžņu orbitālās kustības). Ķīmisko elementu spektrāllīnijas ļauj noskaidrot objektu ķīmisko sastāvu un atklāt, ar ko galaktiku diski atšķiras no lodveida zvaigžņu kopām galaktiku halo (galaktikas sfēriskajā daļā, kurā ļoti maz zvaigžņu). Skaitlisko modelēšanu lieto sintētisko spektru aprēķiniem. Sintētiskos spektrus izmanto, lai salīdzinātu ar novērojumiem, kā arī lai teorētiski aprēķinātu ķīmisku elementu kodolsintēzi zvaigžņu iekšienē. Rentgena starojumu izmanto, lai novērotu stipri sakarsētu gāzi, kas nonāk no galaktikām starpgalaktiku vidē gravitācijas spēku ietekmē. Dažādos viļņu garumos novēro no melno caurumu apkaimes lielā ātrumā izsviestas gāzes strūklas. Salīdzinot attēlus, kas iegūti ar dažu gadu atstarpi, var novērot relativitātes teorijas efektus, piemēram, šķietamu virsgaismas kustību. Īslaicīgus (dažas sekundes, minūtes garus) gamma uzliesmojumus atklāj no kosmiskiem aparātiem, kuri par to paziņo virszemes observatorijām, lai redzamā gaismā vēl dažas minūtes varētu sekot eksplozijas izskaņai.