A karok felcsavarodó alakja azt az érzést kelti az emberben, hogy a rendszer forog. A csillagászok bebizonyították, hogy ez tényleg így van. A forgás tengelye merőleges a Tejútrendszer fősíkjára. A csillagok és az intersztelláris anyag nagyjából körpályán keringenek a centrum körül, de a keringési periódusuk nem egyforma (kifelé haladva növekszik), így a Tejútrendszer forgását nem lehet merev test forgásaként elképzelni.
Forgó galaxis (szemléltetés)
A Tejútrendszer rotációs sebessége a centrumtól mért távolság függvényében
A Tejútrendszer rotációs görbéje
A csillagok keringési sebességét a centrumtól való távolság függvényében ábrázolva meglehetősen bonyolult görbét kapunk (rotációs görbe). Ez a görbe a centrumtól kifelé haladva hirtelen nő, majd kissé csökken, és 200-240 km/s értéken marad egészen a galaxis széléig. (Ez furcsa, eltér pl. a Naprendszer bolygóinak sebességeloszlásától, ahol a keringési sebesség a Naptól kifelé csökken, a pályaméret négyzetgyökével fordítottan arányos, azaz a rotációs görbe hiperbolaszerű.) A rotációs görbe segítségével a Tejútrendszer tömege és tömeg-eloszlása megbecsülhető. A számítások azt mutatják, hogy a Tejútrendszer teljes tömege kb. 200 milliárd naptömeg, és ennek jelentős része a korongon kívül, a halo-ban található.
A Nap, mely kb. 8500 parszekre (28000 fényévre) található a centrumtól, mintegy 240 millió év alatt tesz meg egy teljes kört a rendszer középpontja körül 220 km/s sebességgel.
