旋渦星系內年輕亮星、亮星雲和其他天體形成的螺線形帶狀結構。這種螺線形帶稱為旋臂,是旋渦星系外形的主要特徵。旋臂按其形態的規整程度分為12類。有兩條長而對稱旋臂的星系被歸為第12類,然後規整程度逐次下降,直到零碎而不對稱的第1類。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,旋臂的前部(按旋轉中的前進方向)往往還存在一暗黑的塵埃窄條。旋臂中還可觀測到許多電離氫區。銀河系有兩條或者更多的旋臂,用光學方法可觀測到兩條旋臂的一部分,用用射電方法則可觀測到更多的部分(英仙臂、獵戶臂、人馬臂和三千秒差距臂等)。旋臂結構的實質可用密度波理論來解釋。這種理論認為,星系中央棒形結構的存在或近鄰星系的潮汐力易於使星系盤物質產生螺線形密度波動。這種密度波的圖案與物質旋轉速度不一致。當星際物質進入高密區的引力勢阱時,突然的壓縮會觸發恒星形成,這些明亮的新生恒星就作為示蹤物勾勒出螺線形的旋臂。另一種觀點認為,前一代恒星演化晚期超新星爆發產生的激波,會觸發周圍星際物質中的恒星形成,這些新一代恒星演化晚期超新星爆發產生的激波,又會觸發周圍星際物質中下一代的恒星形成。這種以自傳播方式形成的新生恒星也能在自轉的星系中產生旋臂。

旋渦星系NGC4622的照片顯示出兩條規整的旋臂