恒星や星間物質は銀河に重力的に束縛されており、銀河もまた銀河団に重力的に束縛されている。天の川銀河内の天体や局所銀河群に属する銀河を除いて、ほとんどすべての天体は宇宙の膨張により地球から遠ざかっている。
ドップラー効果と赤方偏移.
天体がどのように動いているかを、スペクトルから決定する手法がある。天体からの光の波長がドップラー効果により伸び縮みすることで、観測者に向かってくる天体の光は短波長側にずれ（青方偏移）、反対に観測者から遠ざかっていく天体の光は長波長側にシフト（赤方偏移）する。青方偏移した天体の光は本来の色より青く見え、赤方偏移した天体の場合は本来より赤く見える。
ハッブル=ルメートルの法則とドップラー効果の式を組み合わせて
という関係も得られる。
固有運動.
ハッブル=ルメートルの法則に固有速度の寄与を考慮すると
としてトータルの速度が補正される。単純なハッブル=ルメートルの法則に基づき期待される赤方偏移は固有速度により不明瞭になるため、恒星や銀河のスペクトルを観測する際に混乱を引き起こす。例えば、おとめ座銀河団の大きさと形状は、銀河団を構成する銀河それぞれが大きな固有速度を持っていたため、科学的に非常に慎重に精査されてきた歴史がある。
連星.
惑星が恒星に重力的に束縛されるように、連星もお互いの周りを公転している。
太陽系天体.
惑星・小惑星・彗星は皆、主星からの光を反射するが、同時に主星のスペクトルには含まれない独自の光も放射・吸収している。太陽系の惑星・小惑星といった比較的低温の天体の場合、放射のほとんどは肉眼では見えない赤外線だが、これらも分光観測では日常的に観測されている。彗星や大気を持つ惑星といったガスに包まれている天体の場合、その気体固有の波長で輝線・吸収線が生じ、こういったガス固有のスペクトルが天体の固体部分のスペクトルに刻まれる。中でも、金星や巨大ガス惑星、土星の衛星タイタンといった厚い大気や雲に覆われた天体の場合は、スペクトルは完全に大気部分のみに由来する。
小惑星.
彗星.
彗星のスペクトルは、彗星の核を包むダストのコマが反射した太陽光と、太陽光や化学反応で励起した原子・分子からの蛍光による輝線の両方を含む。
太陽系外惑星.