Facendo passare un raggio di luce "bianca" attraverso un prisma si ottiene la sua scomposizione nei colori dell'arcobaleno: rosso, arancio, giallo,......
Facendo passare attraverso lo stesso prisma un raggio di luce prodotto da una sostanza portata ad alta temperatura (o facendola bruciare) si ottiene uno "spettro di emissione" costituito da una serie di righe(*) di diversi colori, distanziate fra loro. Ogni sostanza ha uno spettro caratteristico e unico, costituente quindi una impronta digitale che permette di riconoscerla senza incertezze. Un catalogo di spettri di sostanze note consente di riconoscerne altre. Esaminando con questa tecnica la luce emessa dal Sole (e dagli altri corpi celesti vicini o lontani) è possibile individuare gli elementi che lo costituiscono.
I risultati ottenuti esaminando milioni di spettri di emissione in tutte le zone dello spazio visibile, ci assicurano che dappertutto la materia è la stessa: l'idrogeno della galassia più lontana è uguale a quello che si trova sulla Terra, l'ammoniaca che si trova nell'atmosfera di Nettuno è uguale a quella che la mamma adopera per smacchiare la camicia del babbo, ecc. Con questo metodo possiamo sapere di cosa sono fatte le comete, gli asteroidi, le stelle anche più lontane, la polvere intergalattica, ecc.
Gli spettri di emissione sono costituiti da righe colorate in posizione reciproca ben definita. E' possibile però avere variazioni di due tipi:
1) spettri di assorbimento: se tra la sorgente luminosa e lo strumento ricevente si trova un gas, si osservano non righe colorate, ma righe nere nelle posizioni corrispondenti alle righe colorate emesse dal gas interposto se fosse stato sorgente, cioè i gas sono capaci di assorbire le stesse radiazioni che possono emettere. Quindi se osserviamo al telescopio una stella e vediamo delle righe nere nel suo spettro, concludiamo che fra la sorgente e noi c'è un gas del quale possiamo ricavare la natura.
2) spostamento verso il rosso (o il violetto): se la sorgente della radiazione è ferma, lo spettro delle stelle è identico in colore e posizione alle righe di quello ottenuto sperimentalmente in laboratorio. Se la sorgente è in movimento le righe rimangono nella stessa posizione fra loro, ma tutte insieme si spostano(**) o verso la zona del rosso (frequenze minori, sorgente in allontanamento) o verso la zona del violetto (frequenze maggiori, sorgente in avvicinamento).
Tutte le osservazioni astronomiche mostrano spettri di emissione e di assorbimento spostati di più o di meno verso il rosso, per cui si può affermare che tutti i corpi celesti del nostro universo sono in allontanamento(***) fra loro e da un punto iniziale comune (teoria del Big-Bang).

(*) Righe di Fraunhofer.
(**) Tutto ciò è simile all'effetto Doppler che si ha con le onde sonore. Questo effetto è facilmente verificabile: le sirene delle ambulanze emettono sempre lo stesso suono, ma, se noi ci troviamo fermi mentre passano, osserviamo che il suono in avvicinamento è diverso da quello in allontanamento (attenzione: non solo più "forte" o più "debole" per effetto della distanza!).
In particolare: quando la sirena si avvicina il suono è acuto (frequenza più alta del vero), quando si allontana il suono è grave (frequenza più bassa del vero). Solo quando la sirena ci passa davanti sentiamo lo stesso suono che sente l'autista, il quale è fermo rispetto alla sorgente.
(***) All'espansione si oppone la gravitazione universale. Quando questa è maggiore dell'altra, le masse si avvicinano formando gli ammassi.