허블은 윌슨산 천문대에서 100인치망원경을 사용하여 안드로메다좌에 있는 큰 나선형 성운에서 세페이드 변광성(Cepheid Variable)을 발견했고 또한 다른 나선형 성운들에서도 발견했다. 그다음에 그는 주기와 광도 사이의 관계를 사용하여 그들의 거리를 알아낼 수가 있었다. 이 방법으로 그는 안드로메다 성운까지의 거리가 80만 광년임을 얻을 수 있었으며 다른 나선형 성운들에 대해서도 비슷한 값을 얻었다. 이제 이들 성운은 우리 외부의 항성계로서 입증이 되었고 천문학자들은 성운이 독립된 은하라는 사실을 확신할 수 있게 되었다.

허블의 주요 업적 중 하나는 세페이드 변광성을 찾아내기에는 너무 멀리 떨어져 있는 은하들까지의 거리를 측정하는 방법을 고안해 낸 것이다. 그는 세페이드 변광성에 의해 거리를 측정하는 것으로부터 시작하여 몇개의 단계에 걸쳐서 이것을 해냈다. 그 첫번째 단계는 가장 가까운 은하계에 대해서만 적용되는데 이들은 <국부군>이라 불리우며 은하수도 여기에 포함된다.

다음 단계에서 허블은 세페이드보다 본질적으로 더 밝은 초거성들을 이용하였다. 이 별들은 세페이드가 보이지 않는 멀리 떨어진 많은 은하계에서도 발견될 수 있다. 허블은 모든 은하계 내의 가장 밝은 초거성들은 거의 같은 절대광도를 가지고 있다고 가정했다. 그러면 그들의 겉보기 광도는 그들의 거리를 나타내줄 것이다. 허블은 세페이드 변광성을 사용하여 그것의 거리를 이미 알고 있는 국부군에 이 방법을 적용하여 이 방법을 검증했다. 그런 후 좀더 먼 은하들에 그것을 적용했다. 이런 방법으로 그는 측정 거리의 범위를 1백만 광년에서 1천만 광년으로 확장시켰다. 이것이 허블이 별을 사용하여 거리를 알아낼 수 있는 한계였다.

그가 마지막 단계로 이용할 수 있는 것은 은하계들 자체로서 그들 모두가 동일한 절대 광도를 가진다고 가정하는 것이다. 이 단계가 합리적이라는 것을 그는 처녀좌의 방향에 있는 큰 은하군을 관측함으로써 입증하였다. 이 은하군에서 은하들의 겉보기 광도에 대한 그의 관측치는 서로서로의 절대광도가 기껏 많아야 10배정도 밖에 차이가 나지 않음을 보여주었다. 모든 은하계가 이 범위의 중간값으로 모두 똑같은 절대 광도를 갖는다고 가정하게 되면 제일 좋지못한 경우라도 거리의 측정에 있어서 세배 정도의 오차가 생길 뿐이다.

이런 방법들을 사용하여 허블은 5억 광년이라는 거대한 거리 즉 1억개의 은하계를 포함하는 영역까지 우주를 탐구했다. 이것은 100인치 망원경이 있기 이전에 알려진 50만개보다 훨씬 큰 수이다.

허블에 따르면 은하들 사이의 평균거리는 약 1백만 광년 정도이다. 또한 그는 우리 은하계의 직경은 10만 광년이며 다른 모든 은하들은 대체로 이것보다 훨씬 더 작다고 결론 지었다. 은하들의 대다수는 직경이 단지 약 만광년밖에 안된다고 생각했으므로 그들은 자신보다 100배나 큰 거리만큼 서로 떨어져 있는 것이다.