宇宙距离尺度

直接測量

在階梯的最底部是最基本的距離測量法，這些方法沒有任何物理上關於物質本性的假設，是直接測量出距離。精確測量恆星位置是天體測量學的一部分。

天文單位

直接測量距離的基礎是天文單位，這是地球和太陽之間的距離。克卜勒定律提供了繞太陽公轉的天體軌道大小的精確比值，但沒有提供對系統整體尺度測量的數值。雷達用來測量地球和第二顆行星金星在軌道之間的距離。從這樣的測量和兩個軌道尺寸的比值，計算出地球軌道的大小。地球軌道是已知絕對精度達到數公尺，和相對精度達到1×10⁻¹¹的數值。
歷史上，觀測金星凌日對確定天文單位至關重要；在20世紀前半段，觀測小行星也很重要。目前，地球軌道的高精度測量是使用雷達測量金星和其它接近地球的行星和小行星，還有追蹤在軌道上環繞太陽和在太陽系的行星際空間運行的太空船。

視差

來自三角學的視差是測量距離最重要的基礎。當地球繞著太陽公轉時，鄰近恆星的位置相對於更遙遠的背景天體會有些微的變化。這種變化可以轉換成一個等腰三角形，2天文單位（地球繞太陽軌道相對兩極端點之間的距離）是三角形短邊的基線，三角形的長邊則是地球到該恆星的距離。這個角度的改變量非常小，測量出1角秒變化的距離是1秒差距，相當於3.26光年。隨著天體距離的增加，測量得到的角度變化值就越小，而這個值的倒數就是秒差距的值。天文學家通常以秒差距來表示天體的距離；在一般的場合與大眾化的媒體上，都會將秒差距轉換成光年來表示距離。
由於距離越遠視差的值越小，所以只適用於測量鄰近地球的恆星。這些恆星必須要足夠近，並且經過多次測量得到的值才有足夠的精確性。視差測量只能達到毫弧秒的精確度。在1990年代，例如依巴谷衛星任務，獲得超過10萬顆恆星的視差，精度約1毫弧秒，提供有用的恆星距離為數秒差距到數百秒差距。現在，哈伯太空望遠鏡的第三代廣域照相機（WFC3）有可能提供20到40微弧秒的精確度，從而使少數恆星的可靠距離測量達到5,000秒差距（16,000光年）。在2018年，來自蓋亞任務發布的第二批資料，提供了大多數視星等比15等更亮恆星的視差，可以達到同樣的距離精確度。
恆星相對於太陽的運動導致自行（橫向跨越天空）和徑向速度（朝向或遠離太陽的運動）。前者可以通過繪製恆星在許多年中的位置變化來確定，後者則測量沿視線運動引起的恆星光譜都卜勒位移得到確認。對有著相同光譜類型與相似星等範圍的一群恆星，可以從相對於自行與逕向速度的統計分析得到平均視差。 統計視差這種方法，對於距離超過50秒差距的亮星和包括造父變星和天琴座RR型變星等明亮的變星，都非常有用。
太陽在空間中的運動提供了一條更長的基線，可以增加視差測量的準確性，稱為長期視差。對於銀河盤面中的恆星，這相當於每年平均4天文單位的基線，對銀暈中的恆星是每年40天文單位。經過數十年，這個基線測量的視差數量級可以高於用傳統的地球-太陽距離基線測量的視差。不過，因為其它恆星的相對速度是一個未知的不確定值，長期視差也引入了較高的不確定性。當應用在多恆星的樣本時，因為精確度正比於樣本數量大小的平方根，可以減少不確定性
。
移動星團視差法是在鄰近的星團中，以單獨一顆恆星的運動可以用來發現星團距離的一種技術。只有疏散星團的距離近到可以使用這種方法。特別是已經精確測量出距離的畢宿星團，在歷史上是距離階梯中重要的一步。
在特殊的情況下，可以對個別的其它天體進行基本的距離估計。如果一個擴張中的氣體雲，像是超新星殘骸或行星狀星雲，在觀察一段時間之後，可以根據擴張視差估計其距離。但是這樣的測量會因為來自球形不確定的變形而有其不確定的誤差。聯星，若暨是視聯星也是光譜聯星，也可以通過類似的方法估計它們的距離，並且沒有前述幾何學上的不確定性。這些方法的共同特性是在測量上結合了角運動與絕對速度（通常是通過觀察都卜勒效應）。距離的估計取決於能否在其絕對速度下顯示出觀察到的角運動。
特別的是膨脹視差可以給出非常遙遠天體的基本距離估計，這是因為超新星的噴發物有著很大的擴張速度和尺寸（相較於恆星）。此外，可以用電波干涉儀測量非常小的角運動。結合這些，可以經由對超新星的測量，做為估計其宿主星系距離的基礎測量。膨脹視差雖然有價值，但卻非常罕見。所以它們經常是做為距離階梯上重要的驗證工具，而不是測量距離本身的主要工具。

問題

任何一種標準燭光都存在者兩個問題。主要的一個問題是校準，這就是如何確定標準燭光絕對大小的確切數值。這包括定義的類別要有足夠多的成員可供識別，並且能夠發現足夠多的距離和絕對星等都夠精確的成員。第二個問題是同類成員的辨識，而不是錯誤的使用不屬於該類天體的標準燭光來校準。在極限的距離，這是最希望能使用的距離指示器，而這種識別的問題可能會相當的嚴重。
標準燭光主要的第一個問題是經常出現的問題：它們是如何標準。例如，所有的觀測似乎都表明，已知距離的Ia超新星具有相同的亮度（由修正後的光度曲線形狀）。距離與亮度的親密基礎是建立在下面的研究。然而，距離遙遠的Ia超新星與鄰近的Ia超新星可能有著不同的性質。Ia超新星的使用在確定宇宙模型至關重要。如果實際上在遠處的Ia超新星有著不同的性質。也就是說，如果將校準外推到任意距離上是不正確的，忽略這種變化可能會嚴重的危害到宇宙參數的改造，特別是在物質密度參數的改造。
從使用造父變星測量距離的歷史來看，這是一個很實際的問題。在1950年代，沃爾特·巴德發現，做為標準燭光校準的造父變星，在近距離的類型與用來測量鄰近星系距離的是不同類型。附近的造父變星是第一星族星，比遠處的第二星族星有著較高的金屬量。結果是，第二星族星實際上比人們所認為的還要明亮；在修正後，球狀星團和鄰近星系的距離，以及銀河系的直徑都倍增了。

標準警鈴

緻密雙星的旋近所發射出的引力波擁有某些很有用的特性，例如，這種引力波的波強與波型強烈地與雙星系統的啁啾質量有關。從觀測波型，可以準確地估算出啁啾質量。知道啁啾質量與觀測到的波強，就可以給出波源距離。由於引力波不會因傳播途中的宇宙介質而被消光，因此，引力波源是標準警鈴，其不需要宇宙距離梯度，也不需要實驗校準，只需要假定廣義相對論正確無誤。.
假若引力波事件也可以用光學探測器觀察到，則可以從觀察到的電磁輻射的都卜勒紅移估算出哈勃常數。

標準尺

另一類物理距離指標是標準尺。在2008年，宇宙學的參數測量似乎可以給出星系直徑的標準尺。這個方法利用在宇宙早期的重子聲學振盪（BAO，baryon acoustic oscillation）：在原始電漿中的聲學振盪幅度不會超過在所有的尺度內都存在的小結構尺度。然後，在電漿中的非均質性促成重力組織了絲狀結構和空洞。因此，宇宙的空洞尺度不會超過BAO能夠給予它們的大小。這種方法需要廣泛的調查星系才能看出其尺度。為測量暗能量擴張效應的WiggleZ星系巡天能夠解決這種尺度。
光回波也可以作為標準尺。

主序星擬合

當一群恆星的絕對星等被描繪成赫羅圖相對於恆星的光譜類型，就能發現相對於質量、年齡、和組成的恆星演化模式。在實務上，當氫燃燒的期間，恆星的分布的曲線在圖中稱為主序帶。通過測量這些恆星光譜的屬性，可以在赫羅圖上確定恆星在主序帶上的位置，並從而估計出恆星的絕對星等。比較視星等和絕對星等的差值，再經過因為氣體和塵埃對亮度造成的星際消光修正，就可以逼近要測定的距離。
在受到重力約束的星團，像畢宿星團，恆星形成的年齡相近，而且有著相近似的距離。這允許相對來說更精確的主序星擬合，提供年齡和距離的測定。

超新星

有幾種不同的方法可以用超新星測量距離，在這裡介紹的是最常用的。

表面亮度起伏法

下面的方法處理的是星系整體的固有屬性。這些方法，雖然有不同的誤差百分比，但是有能力估計1億秒差距以外的距離，不過仍是較常應用在銀河系內。
表面亮度起伏（SBF）法需要利用裝在望遠鏡上的CCD相機。在星系表面的亮度因位在空間起伏，相機中的一些圖元接收到的星星將會比其它的圖元多。但是，隨著距離的增加圖像會變得越來越平滑。分析從一個圖元致另一個圖元的星等變化直接關係到星系的距離。

重疊和提升

一連串的距離指標，像是距離的階梯，須要能確定至其它星系的距離。原因是這些天體的亮度在這些距離上可以辨識和測量，但是在近距離卻是罕見或是完全沒有，由於距離近到可以作為三角視差校準指標的例子太少。例如，造父變星，是在鄰近的螺旋星系中最佳的距離指標之一，但不能滿意的單獨由視差來校準。不同的族群中不能擁有所有不同類型的恆星，使形勢進一步的複雜化。造父變星是獨特的大質量恆星，生命期短，所以它們只能在最近還有恆星形成的地方被發現。結果是，因為橢圓星系通常沒有大規模的恆星形成，所以那兒沒有造父變星。取代的是，必須使用老年恆星的族群（像是新星和天琴座RR變星）。但是天琴座RR變星不若造父變星般明亮（所以不能如造父變星在那麼遠的距離上被看見），而新星在程序上是不可預知的，需要細緻－和好運氣－的監控程式，在目標星系中觀測到足夠多的新星，才能很好的估計距離。
因為距離更遠的宇宙階段的階梯決於近距離的階梯，更遠的階段的，包括系統的和統際的誤差，都會受到較近階梯誤差的影響。結果是，這些誤差傳播的結果意味著天文學上的距離很少會和其他科學的同級別在測量上有著相同的精確度，各類型的天體距離越遙遠精確度也就越低。
另一個關注的問題，尤其是對非常明亮的標準燭光，是它們的"標準"：它們的絕對星等同質性是怎樣的規模。對於這一些不同的標準燭光，有些的同質性是基於恆星形成的理論和星系和恆星演化，因此在這些主題方面的因素也是不確定的。對最明亮的距離指標，Ia型超新星，它們的同質性是很貧乏的；然而，沒有其他類別的天體是亮到族已驗證如此遙遠的距離，所以使用這樣的類別只是因為沒有其他的可以選擇。
哈伯定律是觀測的結果，星系遠離我們而去的距離和速度的比率是宇宙距離階梯的產品。哈伯觀測到越暗淡的星系有越大的紅移。發現哈伯常數的值，是許多天文學家在假設和測量星系紅移與校準宇宙距離階梯上，工作數十年的結果。哈伯定律的主要意義是我們估計類星體的距離和星系的距離，是無法用個別的指標得到結果的。