A galaxisok nem egyenletesen töltik ki az Univerzumot, hanem kisebb-nagyobb csoportosulásokat, halmazokat alkotnak. A galaxishalmazok az ismert legnagyobb stabil kéződmények a Világegyetemben. A halmazok mérete és "gazdagsága" (hogy hány tagot számlálnak) igen tág határok között mozog: a legkisebb csoportosulások néhány tucat kisebb-nagyobb galaxist tartalmaznak pár millió fényév méretű térrészben (ilyen a mi Tejútrendszerünket is magában foglaló Lokális Csoport), míg a legnagyobb halmazok – mint a Virgo, vagy a Coma – több ezer galaxisból állnak és több tízmillió fényév átmérőjűek.
A halmazok a galaxisokon kívül jelentős mennyiségű és nagyon forró (nagyságrendileg százmillió fokos), röntgentartományban látható galaxisközi (intergalaktikus) gázt, valamint sötét anyagot is tartalmaznak. Sőt, a sötét anyag létezésére az első bizonyítékokat épp a galaxishalmazok tanulmányozása szolgáltatta.
Világegyetemünk térbeli szerkezetének felderítéséhez természetesen nagy távolságokon "működő" távolságmérési eljárásokra van szükség. Az extragalaktikus léptékeken használatos módszerek alapvetően három különböző típusba sorolhatók.
- "Standard gyertyák". Ezen módszerek egy valamilyen, a vizsgált galaxison belül található, ismert fényességű objektum megfigyelésén alapulnak. Az illető objektum ismert abszolút (hogy 10 parsec = 32,6 fényév távolságból milyen fényes lenne), és mért látszó fényességének összevetésével, felhasználva azt, hogy a fényesség a távolság négyzetével fordított arányban csökken, kiszámítható annak távolsága, ami jó közelítéssel megegyezik az őt tartalmazó galaxis távolságával. A standard gyertya módszerek (pl. cefeida periódus-fényesség reláció, gömbhalmazok, planetáris ködök fényessége) pontos távolságértéket adnak, de "csak" néhány százmillió fényév távolságon belül alkalmazhatóak. Kivételt képeznek a szupernóvák, amelyek segítségével több milliárd fényévre lévő galaxisok távolsága is megbecsülhető.
- Geometriai módszerek, vagy "standard méterrudak". Ha egy galaxisban megfigyelt objektumnak ismerjuk a valódi, lineáris méretét, és megmérjük a látszó szögátmérőjét, akkor egyszerű trigonometriai számítással megkaphatjuk a távolságát. A standard méterrudakon alapuló módszerek vagy nagyon pontosak, de csak kis távolságig alkalmazhatók (pl. nóvák, szupernóvák által ledobott, táguló gázhéj megfigyelése), vagy rendkívül pontatlanok, de nagy hatótávolságúak, mint például a galaxishalmazok távolságának meghatározására szolgáló Szunyajev-Zeldovics hatás.
- A Hubble-törvény. A jelenleg ismert legnagyobb hatótávolságú módszer. Azon a megfigyelési tényen alapul, hogy a Világegyetem tágulása miatt a tőlünk egyre messzebb lévő galaxisok egyre nagyobb sebességgel távolodnak tőlünk. Ez a távolodás a Doppler-hatáson keresztül a galaxis fényének vörösödéseként jelentkezik, ami mérhető például a galaxis színképvonalainak az eltolódásából. A vörösödés mértéke (vagy a távolodás sebessége) a Hubble-törvény szerint arányos a galaxis távolságával, az arányossági tényező a Hubble-állandó. Ezen állandó pontos értéke még jelenleg is vita tárgya, de a megfigyelések szerint valahol 50 és 80 km/s/Mpc között helyezkedik el. Mostanság a legtöbb kutató a Hubble űrtávcső mérései alapján a 72 km/s/Mpc értéket fogadja el.
A 20 millió fényévnél közelebbi galaxisok (és csoportok) elhelyezkedése a Tejútrendszer körül.
A 200 millió fényévnél közelebbi galaxishalmazok térbeli eloszlása.
A Virgo Halmaz egy kis részlete.
Az Abell 1689 jelű galaxishalmaz a Hubble űrtávcső felvételén.
Egy távoli galaxishalmaz.
Az Abell 2218 jelű galaxishalmaz.
