Όταν ένα αντικείμενο απομακρύνεται από έναν παρατηρητή, το φως που εκπέμπει τεντώνεται σε μεγαλύτερα μήκη κύματος. Για το ορατό φως, αυτό σημαίνει ότι το χρώμα μετατοπίζεται προς το κόκκινο άκρο του φάσματος. Αυτή είναι η μετατόπιση προς το ερυθρό. Είναι το ίδιο φαινόμενο με τη μετατόπιση Ντόπλερ που ακούτε όταν περνάει ένα ασθενοφόρο και η σειρήνα του μειώνεται σε τόνο.

Η μετατόπιση προς το ερυθρό είναι το κλειδί για τη μέτρηση του σύμπαντος. Τη δεκαετία του 1920, ο Έντουιν Χαμπλ μέτρησε τις μετατοπίσεις προς το ερυθρό των μακρινών γαλαξιών και διαπίστωσε ότι όσο πιο μακριά βρίσκεται ένας γαλαξίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η μετατόπισή του προς το ερυθρό. Αυτή η σχέση, ο νόμος του Χαμπλ, είναι η κύρια απόδειξη ότι το σύμπαν διαστέλλεται. Η μετατόπιση προς το ερυθρό δεν προκαλείται από γαλαξίες που κινούνται στο διάστημα. Προκαλείται από το ίδιο το διάστημα που τεντώνεται καθώς το φως ταξιδεύει μέσα από αυτόν.

Η μετατόπιση προς το ερυθρό χρησιμοποιείται επίσης για τη μελέτη του πρώιμου σύμπαντος. Το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο έχει μετατόπιση προς το ερυθρό περίπου 1.100, που σημαίνει ότι το φως του έχει τεντωθεί κατά έναν παράγοντα 1.100 από τότε που εκπέμφθηκε. Οι πιο μακρινοί γαλαξίες έχουν μετατόπιση προς το ερυθρό μεγαλύτερες από 13, που σημαίνει ότι τους βλέπουμε όπως ήταν όταν το σύμπαν ήταν μόνο μερικών εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών.

Η μετατόπιση προς το ερυθρό δεν είναι το μόνο είδος μετατόπισης. Η βαρυτική μετατόπιση προς το ερυθρό συμβαίνει όταν το φως διαφεύγει από ένα ισχυρό βαρυτικό πεδίο, χάνοντας ενέργεια και τεντώνοντας. Επιβεβαιώθηκε από το πείραμα Pound-Rebka το 1959 και αποτελεί βασική πρόβλεψη της γενικής σχετικότητας.