觀測恆星距離在天文學領域一直是一門重點研究課題，從最早的三角視差法、分光視差法再到造父視差法（標準燭光法），一直到今天要說的哈勃定律法。這就要提到一個概念——紅移。

首先我們都知道恆星會發光，但並不是恆星本身會發光，而是由於恆星上的某些原子或者分子受到激發之後才發的光。同一種原子所發光的光譜是一致的（這是光譜分析的前提）

但是透過觀察遠距離星系發過來的某種原子的光譜譜線有偏移的情況，而且多數向紅色方向偏移，這種情況就叫做紅移。（另一種就叫做藍移）

通俗一點理解紅移就是這樣，聲音的多普勒效應還記得嗎？汽車向你駛來的時候音調會變高，離你而去的時候音調會變低，這就是聲音的多普勒效應。而造成光紅移的原因之一正是光的多普勒效應，也正是紅移現象證明了宇宙的膨脹理論，因為遙遠的星系正在向我們更遠的方向行駛。

哈勃定律實際上是計算星系的退行速度的，公式也很簡單。

其中V是退行速度，H0為哈勃常數，D是相對地球的距離。

其中退行速度決定了紅移量（紅移有三種：多普勒紅移、引力紅移、宇宙學紅移，所以透過哈勃定律計算恆星距離也是估算，透過不斷修正哈勃常數，計算的值也越來越精確），這樣我們就可以得到紅移量和距離之間的公式

其中Z為紅移量，D是相對地球的距離，c為光速常數。由此就可以知道這個光是由多遠的地方發射過來的了。

星系的退行速度則是來自對星系紅移的測量。但有一點需要注意的是，這裡的退行速度只是由於宇宙膨脹造成的星系後退，也就是所謂的“哈勃流”，所需要的紅移也只是宇宙學紅移。但從上面的介紹我們可以看到，星系的紅移並非完全是由宇宙膨脹造成的，還有很大～部分來自星系本身的物理運動。

我們透過望遠鏡測量的紅移，是相對於我們觀測者來說的。而不同尺度上的天體都不是靜止的，而是相互運動著的。比如，我們的地球正在圍繞著太陽旋轉，只是這個速度(平均每秒29．7千米)跟動輒成千上萬的河外星系的退行速度相比，實在是小巫見大巫：但是，太陽帶領我們整個太陽系圍著銀河系中心旋轉的速度就比較大了，差不多在每秒200千米左右；而由於引力間的相互作用，銀河系所在的本星系群的各個成員之間也在相互運動著，我們和仙女座大星系M31就在不斷的靠近；在本星系群的上一級層面，還有更大的超星系團，超星系團是由許多星系團、星系群共同組成的，它們之間也在相互運動著，比如，我們的本星系群就在朝著本超星系團的中心——室女座星系團附近飛奔而去；除了這些星系團、群之間的運動，超星系團之間也不是靜止的，而是相互運動的。由此可見，在使用星系的紅移推導相應的退行速度時，尤其是對於那些相對比較近的星系來說，一定要注意自己所使用的紅移是相對於那個參考系而言的；因為只有儘量扣掉天體本身的物理運動的影響，才能得到比較正確的結果。

除了星系的物理運動和宇宙膨脹，還有另外一種方式也可以在觀測上造成紅移，即引力紅移。根據廣義相對論，光在遠離引力場時，其光譜會向長波方向移動。只是對於大部分河外天體來說，引力紅移都非常非常小，完全可以忽略不計了。