天體光譜中的譜線相對於實驗室光源的相應譜線向紅端的位移。已經確認引起紅移的物理機制有兩種，即多普勒效應和引力效應。一般認為天體的譜線紅移是由多普勒效應造成的。
按照光波的多普勒效應，當光源向觀測者接近時，就會看到光譜向高頻端（紫端）移動，稱為紫移；當光源遠離觀測者而去時，就會看到光譜向低頻端（紅端）移動，稱為紅移。1868年英國天文學傢W.哈根斯，首先利用多普勒效應測定瞭天狼星的視向速度。後來發現，在銀河系中的恒星紅移和和紫移都有，而且移動量很小。1914年美國天文學傢V.M.斯萊弗發現，他所觀測的15個星系中有13個都以每秒幾百公裡的速度離開我們。以後的觀測表明，除少數幾個最近的星系外，所有的河外星系都是紅移，沒有紫移，而且紅移量較大。1929年美國天文學傢E.P.哈勃又發現河外星系的譜線紅移和星系離我們的距離成正比，即“哈勃定律”。英國天文學傢A.S.愛丁頓據此於1930年提出紅移是非靜態宇宙膨脹效應的觀測證據。這對宇宙的不變觀念是一次革命性的沖擊。河外星系普遍的、系統的紅移表明，我們的宇宙是一個整體，具有其特殊的規律性，這就促使現代宇宙學從一門純理論的科學發展為與觀測相結合的科學。
在20世紀60年代發現類星體的巨大紅移之後，學術界對紅移的本質產生瞭激烈的爭論。爭論的焦點是紅移與距離的關系問題。一派認為紅移與距離沒有關系，紅移是由天體本身的性質決定的；另一派認為紅移與距離的哈勃關系適用於一切河外天體，類星體的紅移也毫不例外。這個問題的爭論及其解決，將促進對“我們的宇宙”的運動形式及其規律性的認識不斷深化。