宇宙距离尺度

直接测量

在阶梯的最底部是最基本的距离测量法，这些方法没有任何物理上关于物质本性的假设，是直接测量出距离。精确测量恒星位置是天体测量学的一部分。

天文单位

直接测量距离的基础是天文单位，这是地球和太阳之间的距离。开普勒定律提供了绕太阳公转的天体轨道大小的精确比值，但没有提供对系统整体尺度测量的数值。雷达用来测量地球和第二颗行星金星在轨道之间的距离。从这样的测量和两个轨道尺寸的比值，计算出地球轨道的大小。地球轨道是已知绝对精度达到数米，和相对精度达到1×10⁻¹¹的数值。
历史上，观测金星凌日对确定天文单位至关重要；在20世纪前半段，观测小行星也很重要。目前，地球轨道的高精度测量是使用雷达测量金星和其它接近地球的行星和小行星，还有追踪在轨道上环绕太阳和在太阳系的行星际空间运行的太空船。

视差

来自三角学的视差是测量距离最重要的基础。当地球绕着太阳公转时，邻近恒星的位置相对于更遥远的背景天体会有些微的变化。这种变化可以转换成一个等腰三角形，2天文单位（地球绕太阳轨道相对两极端点之间的距离）是三角形短边的基线，三角形的长边则是地球到该恒星的距离。这个角度的改变量非常小，测量出1角秒变化的距离是1秒差距，相当于3.26光年。随着天体距离的增加，测量得到的角度变化值就越小，而这个值的倒数就是秒差距的值。天文学家通常以秒差距来表示天体的距离；在一般的场合与大众化的媒体上，都会将秒差距转换成光年来表示距离。
由于距离越远视差的值越小，所以只适用于测量邻近地球的恒星。这些恒星必须要足够近，并且经过多次测量得到的值才有足够的精确性。视差测量只能达到毫弧秒的精确度。在1990年代，例如依巴谷卫星任务，获得超过10万颗恒星的视差，精度约1毫弧秒，提供有用的恒星距离为数秒差距到数百秒差距。现在，哈伯太空望远镜的第三代广域照相机（WFC3）有可能提供20到40微弧秒的精确度，从而使少数恒星的可靠距离测量达到5,000秒差距（16,000光年）。在2018年，来自盖亚任务发布的第二批资料，提供了大多数视星等比15等更亮恒星的视差，可以达到同样的距离精确度。
恒星相对于太阳的运动导致自行（横向跨越天空）和径向速度（朝向或远离太阳的运动）。前者可以通过绘制恒星在许多年中的位置变化来确定，后者则测量沿视线运动引起的恒星光谱多普勒位移得到确认。对有着相同光谱类型与相似星等范围的一群恒星，可以从相对于自行与迳向速度的统计分析得到平均视差。 统计视差这种方法，对于距离超过50秒差距的亮星和包括造父变星和天琴座RR型变星等明亮的变星，都非常有用。
太阳在空间中的运动提供了一条更长的基线，可以增加视差测量的准确性，称为长期视差。对于银河盘面中的恒星，这相当于每年平均4天文单位的基线，对银晕中的恒星是每年40天文单位。经过数十年，这个基线测量的视差数量级可以高于用传统的地球-太阳距离基线测量的视差。不过，因为其它恒星的相对速度是一个未知的不确定值，长期视差也引入了较高的不确定性。当应用在多恒星的样本时，因为精确度正比于样本数量大小的平方根，可以减少不确定性。
移动星团视差法是在邻近的星团中，以单独一颗恒星的运动可以用来发现星团距离的一种技术。只有疏散星团的距离近到可以使用这种方法。特别是已经精确测量出距离的毕宿星团，在历史上是距离阶梯中重要的一步。
在特殊的情况下，可以对个别的其它天体进行基本的距离估计。如果一个扩张中的气体云，像是超新星残骸或行星状星云，在观察一段时间之后，可以根据扩张视差估计其距离。但是这样的测量会因为来自球形不确定的变形而有其不确定的误差。联星，若暨是视联星也是光谱联星，也可以通过类似的方法估计它们的距离，并且没有前述几何学上的不确定性。这些方法的共同特性是在测量上结合了角运动与绝对速度（通常是通过观察多普勒效应）。距离的估计取决于能否在其绝对速度下显示出观察到的角运动。
特别的是膨胀视差可以给出非常遥远天体的基本距离估计，这是因为超新星的喷发物有着很大的扩张速度和尺寸（相较于恒星）。此外，可以用电波干涉仪测量非常小的角运动。结合这些，可以经由对超新星的测量，做为估计其宿主星系距离的基础测量。膨胀视差虽然有价值，但却非常罕见。所以它们经常是做为距离阶梯上重要的验证工具，而不是测量距离本身的主要工具。

问题

任何一种标准烛光都存在者两个问题。主要的一个问题是校准，这就是如何确定标准烛光绝对大小的确切数值。这包括定义的类别要有足够多的成员可供识别，并且能够发现足够多的距离和绝对星等都够精确的成员。第二个问题是同类成员的辨识，而不是错误的使用不属于该类天体的标准烛光来校准。在极限的距离，这是最希望能使用的距离指示器，而这种识别的问题可能会相当的严重。
标准烛光主要的第一个问题是经常出现的问题：它们是如何标准。例如，所有的观测似乎都表明，已知距离的Ia超新星具有相同的亮度（由修正后的光度曲线形状）。距离与亮度的亲密基础是建立在下面的研究。然而，距离遥远的Ia超新星与邻近的Ia超新星可能有着不同的性质。Ia超新星的使用在确定宇宙模型至关重要。如果实际上在远处的Ia超新星有着不同的性质。也就是说，如果将校准外推到任意距离上是不正确的，忽略这种变化可能会严重的危害到宇宙参数的改造，特别是在物质密度参数的改造。
从使用造父变星测量距离的历史来看，这是一个很实际的问题。在1950年代，沃尔特·巴德发现，做为标准烛光校准的造父变星，在近距离的类型与用来测量邻近星系距离的是不同类型。附近的造父变星是第一星族星，比远处的第二星族星有着较高的金属量。结果是，第二星族星实际上比人们所认为的还要明亮；在修正后，球状星团和邻近星系的距离，以及银河系的直径都倍增了。

标准警铃

致密双星的旋近所发射出的引力波拥有某些很有用的特性，例如，这种引力波的波强与波型强烈地与双星系统的啁啾质量有关。从观测波型，可以准确地估算出啁啾质量。知道啁啾质量与观测到的波强，就可以给出波源距离。由于引力波不会因传播途中的宇宙介质而被消光，因此，引力波源是标准警铃，其不需要宇宙距离梯度，也不需要实验校准，只需要假定广义相对论正确无误。.
假若引力波事件也可以用光学探测器观察到，则可以从观察到的电磁辐射的多普勒红移估算出哈勃常数。

标准尺

另一类物理距离指标是标准尺。在2008年，宇宙学的参数测量似乎可以给出星系直径的标准尺。这个方法利用在宇宙早期的重子声学振荡（BAO，baryon acoustic oscillation）：在原始等离子中的声学振荡幅度不会超过在所有的尺度内都存在的小结构尺度。然后，在等离子中的非均质性促成重力组织了丝状结构和空洞。因此，宇宙的空洞尺度不会超过BAO能够给予它们的大小。这种方法需要广泛的调查星系才能看出其尺度。为测量暗能量扩张效应的WiggleZ星系巡天能够解决这种尺度。
光回波也可以作为标准尺。

主序星拟合

当一群恒星的绝对星等被描绘成赫罗图相对于恒星的光谱类型，就能发现相对于质量、年龄、和组成的恒星演化模式。在实务上，当氢燃烧的期间，恒星的分布的曲线在图中称为主序带。通过测量这些恒星光谱的属性，可以在赫罗图上确定恒星在主序带上的位置，并从而估计出恒星的绝对星等。比较视星等和绝对星等的差值，再经过因为气体和尘埃对亮度造成的星际消光修正，就可以逼近要测定的距离。
在受到重力约束的星团，像毕宿星团，恒星形成的年龄相近，而且有着相近似的距离。这允许相对来说更精确的主序星拟合，提供年龄和距离的测定。

超新星

有几种不同的方法可以用超新星测量距离，在这里介绍的是最常用的。

表面亮度起伏法

下面的方法处理的是星系整体的固有属性。这些方法，虽然有不同的误差百分比，但是有能力估计1亿秒差距以外的距离，不过仍是较常应用在银河系内。
表面亮度起伏（SBF）法需要利用装在望远镜上的CCD相机。在星系表面的亮度因位在空间起伏，相机中的一些图元接收到的星星将会比其它的图元多。但是，随着距离的增加图像会变得越来越平滑。分析从一个图元致另一个图元的星等变化直接关系到星系的距离。

重叠和提升

一连串的距离指标，像是距离的阶梯，须要能确定至其它星系的距离。原因是这些天体的亮度在这些距离上可以辨识和测量，但是在近距离却是罕见或是完全没有，由于距离近到可以作为三角视差校准指标的例子太少。例如，造父变星，是在邻近的螺旋星系中最佳的距离指标之一，但不能满意的单独由视差来校准。不同的族群中不能拥有所有不同类型的恒星，使形势进一步的复杂化。造父变星是独特的大质量恒星，生命期短，所以它们只能在最近还有恒星形成的地方被发现。结果是，因为椭圆星系通常没有大规模的恒星形成，所以那儿没有造父变星。取代的是，必须使用老年恒星的族群（像是新星和天琴座RR变星）。但是天琴座RR变星不若造父变星般明亮（所以不能如造父变星在那么远的距离上被看见），而新星在程序上是不可预知的，需要细致－和好运气－的监控程式，在目标星系中观测到足够多的新星，才能很好的估计距离。
因为距离更远的宇宙阶段的阶梯决于近距离的阶梯，更远的阶段的，包括系统的和统际的误差，都会受到较近阶梯误差的影响。结果是，这些误差传播的结果意味着天文学上的距离很少会和其他科学的同级别在测量上有着相同的精确度，各类型的天体距离越遥远精确度也就越低。
另一个关注的问题，尤其是对非常明亮的标准烛光，是它们的"标准"：它们的绝对星等同质性是怎样的规模。对于这一些不同的标准烛光，有些的同质性是基于恒星形成的理论和星系和恒星演化，因此在这些主题方面的因素也是不确定的。对最明亮的距离指标，Ia型超新星，它们的同质性是很贫乏的；然而，没有其他类别的天体是亮到族已验证如此遥远的距离，所以使用这样的类别只是因为没有其他的可以选择。
哈伯定律是观测的结果，星系远离我们而去的距离和速度的比率是宇宙距离阶梯的产品。哈伯观测到越暗淡的星系有越大的红移。发现哈伯常数的值，是许多天文学家在假设和测量星系红移与校准宇宙距离阶梯上，工作数十年的结果。哈伯定律的主要意义是我们估计类星体的距离和星系的距离，是无法用个别的指标得到结果的。