Las galaxias son sistemas gigantes de estrellas que se encuentran a grandes distancias unos de otros. Las galaxias contienen, también, materia interestelar en forma de gas difuso y partículas de polvo atravesadas por débiles campos magnéticos en los que se encuentran atrapadas partículas energéticas electrizadas llamadas rayos cósmicos.
Las galaxias elípticas tienen forma esferoidal y muy poca materia interestelar; las galaxias espirales son discos giratorios muy achatados compuestos de materia interestelar, y contienen un gran número de estrellas masivas, así como de estrellas con menos masa también comunes a las galaxias elípticas. La materia del disco forma habitualmente dos brazos en espiral.
En el núcleo de algunas galaxias, fuentes de partículas rápidas (partículas cuyas velocidades se aproximan a las de la luz) emiten ondas de radio y rayos X, así como luz visible; por ello se las denomina galaxias activas. Este fenómeno se observa tanto en las galaxias elípticas como en las espirales; los objetos llamados quasares parece que también desarrollan esta actividad de manera extrema, con una luminosidad que llega a ser 100 veces la de todas las demás estrellas de la galaxia (véase Radioastronomía).
Los modelos teóricos de galaxias se basan en el intercambio de materia y energía entre estrellas y el material interestelar. Cuando se formaron, las galaxias constaban sólo de gas, y en una segunda fase las estrellas nacieron, y siguen naciendo, de este gas. Cuando se produce una supernova entre estas estrellas, se expulsa al espacio una materia rica en elementos pesados. De este modo, la materia interestelar se va enriqueciendo con elementos pesados, que después llegan a ser parte de nuevas generaciones de estrellas. En las galaxias elípticas el proceso se completa del todo, y queda muy poca materia interestelar. En las espirales, sin embargo, hay más materia interestelar; en estas galaxias el porcentaje de formación de estrellas es superior en los brazos de la espiral que en el núcleo. En apariencia, las ondas de densidad espiral comprimen la materia interestelar formando nubes oscuras que después se colapsan formando nuevas estrellas.