Gdy obiekt oddala się od obserwatora, emitowane przez niego światło jest rozciągane do dłuższych fal. W przypadku światła widzialnego oznacza to przesunięcie barwy w kierunku czerwonego krańca widma. To jest przesunięcie ku czerwieni. Jest to ten sam efekt, co przesunięcie Dopplera, które słychać, gdy przejeżdża karetka pogotowia, a jej syrena obniża ton.

Przesunięcie ku czerwieni jest kluczem do pomiaru Wszechświata. W latach dwudziestych XX wieku Edwin Hubble zmierzył przesunięcia ku czerwieni odległych galaktyk i odkrył, że im dalej znajduje się galaktyka, tym większe jest jej przesunięcie ku czerwieni. Ta zależność, prawo Hubble'a, jest głównym dowodem na rozszerzanie się Wszechświata. Przesunięcie ku czerwieni nie jest spowodowane przez galaktyki poruszające się w przestrzeni. Jest ono spowodowane rozciąganiem się samej przestrzeni pod wpływem światła.

Przesunięcie ku czerwieni jest również wykorzystywane do badania wczesnego Wszechświata. Mikrofalowe promieniowanie tła ma przesunięcie ku czerwieni wynoszące około 1100, co oznacza, że ​​jego światło zostało rozciągnięte 1100-krotnie od momentu emisji. Najodleglejsze galaktyki mają przesunięcia ku czerwieni większe niż 13, co oznacza, że ​​widzimy je takimi, jakie były, gdy Wszechświat miał zaledwie kilkaset milionów lat.

Przesunięcie ku czerwieni to nie jedyny rodzaj przesunięcia. Przesunięcie grawitacyjne występuje, gdy światło ucieka z silnego pola grawitacyjnego, tracąc energię i ulegając rozciągnięciu. Zostało ono potwierdzone przez eksperyment Pounda-Rebki w 1959 roku i jest kluczowym przewidywaniem ogólnej teorii względności.