当物体远离观察者时，它发出的光波长会延长。对于可见光来说，这意味着颜色会向光谱的红色端移动，这就是红移。这与救护车经过时警笛音调降低的多普勒效应相同。

红移是测量宇宙的关键。20世纪20年代，埃德温·哈勃测量了遥远星系的红移，发现星系距离越远，其红移值越大。这种关系，即哈勃定律，是宇宙正在膨胀的主要证据。红移并非由星系在空间中的运动引起，而是由光在空间中传播时空间本身的膨胀造成的。

红移也被用于研究早期宇宙。宇宙微波背景辐射的红移约为1100，这意味着它的光线自发射以来已被拉伸了1100倍。最遥远的星系的红移大于13，这意味着我们看到的它们是宇宙仅有几亿年历史时的样子。

红移并非唯一的偏移类型。引力红移发生在光线逃离强引力场时，会损失能量并发生拉伸。1959 年的庞德-雷布卡实验证实了这一现象，它是广义相对论的一项关键预言。