旋渦星系內年輕亮星、亮星雲和其他天體分佈成旋渦狀,從裏向外旋卷。這種螺線形帶稱為旋臂,是旋渦星系外形的主要特徵。大多數旋渦星系有兩條旋臂,少數星系有三條以上的旋臂。旋臂主要由星族Ⅰ的明亮的早型恒星構成。旋臂中除恒星外,還含有星際氣體和塵埃,在旋臂的前部(按旋轉中的前進方向)往往存在一暗黑的塵埃窄條。在旋臂中還可以觀測到許多電離氫區。銀河系有兩條或者更多的旋臂,用光學方法可以觀測到兩條旋臂的一部分,用射電方法則可以觀測到更多的部分(英仙臂、獵戶臂、人馬臂和三三千秒差距臂等)。旋臂結構的實質可用密度波理論來解釋。但是,旋臂的起源和演化問題目前尚未解決。