Galaxien enthalten wenige Millionen bis hunderte von Milliarden Sterne, die durch ihre wechselseitige Gravitationsanziehung aneinander gebunden sind. Die Sterne wiederum können zu Sternhaufen gehören oder in lockeren Assoziationen ihre Heimatgalaxie durchziehen. Galaxien enthalten außerdem interstellaren Staub und Gas, die Überreste früherer Sterne sowie Dunkle Materie. Viele Galaxien haben in ihren Zentren ein supermassereiches Schwarzes Loch.
Dunkle Materie ist eine Sorte von Materie, die keine elektromagnetische Strahlung emittiert, absorbiert oder streut. Daher ist sie durch direkte Beobachtung nicht nachweisbar. Aber Dunkle Materie besitzt Masse, und deren Gravitationswirkung auf sichtbare Objekte lässt sich nachweisen. Sie macht sich durch veränderte Geschwindigkeiten von sichtbaren Objekten ebenso bemerkbar wie durch die Verzerrungen von Bildern ferner Objekte aufgrund des Gravitationslinsen-Effekts. Galaxien sind in weit größere Halos aus Dunkler Materie eingebettet – gewissermaßen bildet ihre sichtbare Materie nur die sprichwörtliche Spitze des Eisbergs.
Während der ersten paar hundert Millionen Jahre der Geschichte des Universums gruppierte sich die Dunkle Materie zu zahlreichen größeren und dichteren Regionen, die Halos genannt werden. Als in diese Halos diffuses Wasserstoff- und Heliumgas einströmte, entstanden daraus die ersten Galaxien und Sterne. Größere Spiralgalaxien wie die Milchstraße wachsen, indem sie immer wieder kleinere Galaxien anziehen und sich einverleiben. Große elliptische Galaxien entstanden, und entstehen weiterhin, aus der Kollision und Verschmelzung massereicher Galaxien. Je nach vorhandenen Gasreserven und abhängig von der Aufheizung durch explodierende Sterne oder durch die Aktivität im galaktischen Zentrum bilden solche Galaxien neue Sterne mit einer erhöhten oder verringerten Rate.
Abhängig von ihrem Aussehen werden Galaxien in Spiralgalaxien, elliptische und irreguläre Galaxien eingeteilt. Diese Galaxientypen unterscheiden sich nicht nur durch ihre Form, sondern auch durch ihre Bestandteile. Spiralgalaxien bestehen aus flachen Scheiben, von deren Zentren mehr oder weniger ausgeprägte und zahlreiche Spiralarme ausgehen. Die Spiralarme sind vornehmlich von hellen jungen Sternen besetzt und enthalten große Mengen an Gas und Staub. Dagegen enthalten elliptische Galaxien weniger Gas; ihre Sterne sind meist alt und verteilen sich über ein Gebiet mit der Form eines Ellipsoids oder einer Kugel. Wieder andere Galaxien, einschließlich der meisten Zwerggalaxien, weisen keine dieser beiden Standardformen auf und werden als irregulär bezeichnet.
Unsere Milchstraße ist eine Spiralgalaxie mit einer länglichen Zentralstruktur, die Balken genannt wird. Das Sonnensystem befindet sich rund 25 000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt in einem der Spiralarme. Der sichtbare Teil unserer Galaxie ist eine scheibenförmige Ansammlung von Sternen mit einem Durchmesser von rund 100 000 bis 120 000 Lichtjahren und einer Dicke von nur etwa 2000 Lichtjahren. In dieser Scheibe bilden junge Sterne und Staub die Spiralarme. In einer dunklen Nacht und von einem geeigneten dunklen Ort aus können wir nur einen winzigen Teil der mehr als 100 Milliarden Sterne der galaktischen Scheibe als milchiges Band am Himmel erkennen. Das ist unser Ausblick auf unsere Heimatgalaxie.
Eine weithin akzeptierte Theorie zur Bildung von Spiralarmen ist, dass sie das Ergebnis von Dichtewellen sind, die sich durch die Scheibe der Galaxie ausbreiten und dabei interstellares Gas und Staub anhäufen, ähnlich einem Verkehrsstau auf einer Autobahn. Dadurch entstehen dichtere, spiralförmig angeordnete Regionen interstellarer Materie, die man dann als Spiralarme sieht. Sie enthalten eine Menge Gas und Staub, aus denen schnell neue Sterne entstehen. Daher enthalten die Spiralarme auch viele junge, helle Sterne – deren Vorhandensein zeigt an, dass die Sternentstehungsrate in den Spiralarmen hoch ist.
Eine typische Galaxie enthält schätzungsweise 100 Millionen stellarer Schwarzer Löcher. Diese Art von Schwarzem Loch entsteht, wenn ein kurzlebiger, massereicher Stern sein Leben in einer Supernova-Explosion beendet. Einzelne supermassereiche Schwarze Löcher hingegen findet man in den Zentren der meisten Galaxien. Die Massen jener Schwarzen Löcher betragen wenige Millionen bis hin zu über einer Milliarde Sonnenmassen. Das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße hat eine Masse von etwa 4 Millionen Sonnenmassen. Das erste direkte Bild vom Schatten des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs, nämlich desjenigen im Zentrum der riesigen elliptischen Galaxie M87, wurde im Jahr 2019 durch die Kombination der Daten von acht Radioteleskopen rund um den Globus aufgenommen.
Der nächste Nachbar der Milchstraße ist die Zwerggalaxie im Sternbild Canis Major (Großer Hund), in einer Entfernung von rund 25 000 Lichtjahren. Entfernte Galaxien sehen wir nur noch sehr lichtschwach; sie sind daher schwierig zu beobachten. Bilder von ihnen lassen sich nur mit den größten Teleskopen erhalten, die ein entsprechend hohes Auflösungsvermögen besitzen. Außerdem sind typischerweise lange Belichtungszeiten erforderlich.
Galaxien sind nicht zufällig im Universum verteilt. Die durchschnittliche Galaxie ist Teil eines Galaxienhaufens. Solche Haufen bestehen aus hunderten, manchmal sogar tausenden von Galaxien, die durch ihre Schwerkraft aneinander gebunden sind. Haufen von Galaxien bilden ihrerseits größere Strukturen, die man Superhaufen nennt. Die Milchstraße ist Teil der sogenannten Lokalen Gruppe, die mehr als 54 Galaxien enthält. Die Lokale Gruppe ist eine Randgruppe des Virgo-Haufens, der wiederum Teil des Virgo-Superhaufens ist, und jener wiederum ist Teil des Laniakea-Superhaufens.
Wechselwirkungen zwischen Galaxien beeinflussen deren Erscheinungsbild und Entwicklung. In der Vergangenheit wurde vermutet, dass eine Galaxie eines Typs sich im Laufe ihrer Entwicklung in einen anderen Typ verwandeln könne. Nach unserem heutigen Kenntnisstand sind dagegen Gravitations-Wechselwirkungen für die Entstehung von Galaxien bestimmten Typs verantwortlich. Zum Beispiel kann die Verschmelzung zweier großer Spiralgalaxien zur Entstehung einer elliptischen Galaxie führen. Solche Ereignisse können in den beteiligten Galaxien gleichzeitig eine Phase intensiver Sternentstehung auslösen.
