Quando um objeto se afasta de um observador, a luz que emite estende-se para comprimentos de onda maiores. Para a luz visível, isto significa que a cor se desloca para o extremo vermelho do espectro. Esse é o desvio para o vermelho. É o mesmo efeito do desvio Doppler que se ouve quando passa uma ambulância e a sirene fica mais grave.

O desvio para o vermelho é fundamental para medir o universo. Na década de 1920, Edwin Hubble mediu o desvio para o vermelho de galáxias distantes e descobriu que quanto mais distante uma galáxia está, maior é o seu desvio para o vermelho. Esta relação, a lei de Hubble, é a principal evidência de que o universo está em expansão. O desvio para o vermelho não é causado pelo movimento das galáxias através do espaço, mas sim pela expansão do próprio espaço à medida que a luz o atravessa.

O desvio para o vermelho é também utilizado para estudar o universo primitivo. A radiação cósmica de fundo em micro-ondas tem um desvio para o vermelho de cerca de 1.100, o que significa que a sua luz foi esticada por um fator de 1.100 desde que foi emitida. As galáxias mais distantes têm desvios para o vermelho superiores a 13, o que significa que as vemos como eram quando o universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos.

O desvio para o vermelho não é o único tipo de desvio. O desvio gravitacional para o vermelho ocorre quando a luz escapa de um campo gravitacional forte, perdendo energia e sofrendo estiramento. Foi confirmado pela experiência de Pound-Rebka em 1959 e é uma previsão fundamental da relatividade geral.