LE CURVE DI ROTAZIONE. Nelle galassie a spirale la distribuzione delle masse può essere studiata direttamente usando le velocità di rotazione osservate del gas interstellare. Queste velocità possono essere ricavate sia nella banda ottica dallo studio delle linee di emissione del gas ionizzato prodotte nelle regioni H II sia dalle radionde emesse dall'idrogeno a 21 cm. Dall'esame delle curve di rotazione si evince che il comportamento nelle galassie a spirale è simile a quello della Via Lattea: vi è una parte centrale, dove la velocità di rotazione è direttamente proporzionale al raggio in modo simile ad un solido in rotazione. Dopo pochi kpc di raggio la curva di rotazione diventa piatta, ovvero la velocità di rottazione non dipende più dal raggio. Nei tipi iniziali di galassie a spirale della classificazione di Hubble la curva di rotazione cresce rapidamente e raggiunge grandi velocità nella regione piatta. Una più alta velocità di rotazione indica una più grande massa e quindi i tipi Sa devono una densità di massa elevata al centro e la decrescita della velocità di rotazione per grandi raggi è un'indicazione che la maggior parte della massa è entro quel raggio. LA STRUTTURA A SPIRALE. Le galassie a spirale sono oggetti piuttosto brillanti. Alcune hanno una struttura ben definita di una forma con due spirali mentre in altre la struttura a spirale è fatta con un numero molto grande di bracci sottili. La struttura a spirale è studiata bene osservando la polvere interstellare, le regioni H II e le associazioni OB formate da giovani stelle. La polvere interstellare forma spesso filamenti sottili lungo il bordo interno dei bracci a spirale, con presenza di formazione stellare. È è stato anche rilevata un'intensa emissione radio di sincrotrone associata ai bracci a spirale

Si ritiene che le forme delle spirali sono dovute a un'onda di densità proveniente dal disco stellare. Quando il gas interstellare fluisce mediante l'onda di densità, uno shock, evidenziato dalle strisce di polvere, si forma quando il gas interstellare è compresso, che provoca il collasso delle nubi molecolari e la formazione di stelle. Non si sa come si producono le onde di densità nelle spirali. In galassie con molte spirali le braccia delle spirali possono essere di breve durata, costantemente formarsi e scomparire, ma nelle galassie ampie e regolari con forma a due braccia le spirali devono essere le più longeve. Nelle spirali barrate la barra può condurre un onda di densita nel gas della spirale. Alcune spirali normali possono essere state prodotte dalle forza di marea di un'altra galassia che passa nelle vicinanze. Infine, in alcune galassie a spirale le due braccia possono essere state generato spontaneamente da una instabilità del disco.