Sao biến quang Cepheid là những ngôi sao dao động theo chu kỳ. Độ sáng của chúng tăng và giảm theo một chu kỳ đều đặn, và độ dài của chu kỳ đó gắn liền với độ sáng nội tại của ngôi sao. Một sao Cepheid có chu kỳ dài sẽ sáng hơn một sao có chu kỳ ngắn. Mối quan hệ này, được Henrietta Swan Leavitt phát hiện vào năm 1912, đã biến các sao Cepheid thành thước đo vũ trụ.

Cách thức hoạt động như sau: Các nhà thiên văn học đo chu kỳ của sao Cepheid từ đường cong ánh sáng của nó. Chu kỳ cho họ biết độ sáng thực của ngôi sao. So sánh độ sáng thực với độ sáng biểu kiến ​​sẽ cho ra khoảng cách. Phương pháp này có hiệu quả trên phạm vi hàng triệu năm ánh sáng, đó là lý do tại sao sao Cepheid đóng vai trò thiết yếu trong khám phá của Edwin Hubble về sự giãn nở của vũ trụ.

Sao Cepheid là những ngôi sao trẻ, khối lượng lớn, thường là những siêu sao khổng lồ màu vàng. Chúng dao động vì các lớp ngoài của chúng không ổn định trước những thay đổi về độ mờ đục. Khi ngôi sao co lại, lớp ngoài trở nên mờ đục hơn, giữ nhiệt và đẩy ngôi sao ra ngoài. Khi nó giãn nở, lớp ngoài trở nên ít mờ đục hơn, và ngôi sao lại co lại. Chu kỳ này lặp đi lặp lại đều đặn như đồng hồ.

Chúng không phải là những chỉ báo khoảng cách hoàn hảo. Bụi có thể làm mờ chúng, và sự chen chúc có thể gây nhầm lẫn trong các phép đo. Nhưng chúng vẫn là một trong những thước đo đáng tin cậy nhất trên thang đo khoảng cách vũ trụ.