M81星系和M82星系要解釋什麼是「紅移」，我們先設想一個場景，這樣更便於您理解。
當一列火車疾駛過車站時，站臺上的人會感覺到火車的汽笛聲發生了變化：當火車駛向我們而來，汽笛聲會越來越尖越來越響；當火車離我們遠去時，汽笛的音調會逐漸降低。產生這種現象的原因，是因為當火車趨近我們時，每秒鐘到達耳朵裡的聲波個數要比火車靜止時多，除了火車靜止時汽笛聲波正常的傳播速度外，又附加了火車行駛的速度；同理，而當火車離去時，人耳接收的聲波數目要比火車靜止時更少，因為靜止時的聲速要減去火車離去的速度。最早對這種現象做出解釋的是奧地利物理學家都卜勒，所以這種現象又被稱為「都卜勒效應」。
紅移原理聲波是一種機械波，而光線也是一種波，光線是電磁波，聲波與光波有許多相同的原理。所以「都卜勒效應」不僅適用於聲波，同樣也適用於光波。當一個高速運動的光源發出的光到達我們眼睛時，光波的波長和頻率也相應發生了變化，在人眼看去，光源的顏色就會發生改變。當然，物體運動速度不同，這種顏色的變化極其細微，人眼根本無法察覺。所以最好的辦法不是觀察運動物體本身的顏色變化，而是測量這個運動物體的光譜線，光譜線哪怕是極小的變化，都可以被測量出來，並可以記錄下來。
紅移原理，中間黑色的是光譜線中學物理課都學過，當光線穿過三稜鏡，會分解成不同的顏色，兩端分別是紫色和紅色。當宇宙中一顆恆星靜止不動，它的光譜線位於光譜的正中；當它趨近我們時，光波的頻率就會升高，波長變短，光譜線就會往光譜的紫色一端移動，稱為「紫移」；反之，當這顆恆星離我們遠去時，光波頻率變低，波長變長，光譜線就會往光譜的紅色一端移動，稱為「紅移」。觀察到「紫移」或「紅移」，我們就能知道這顆恆星是奔我們而來還是離我們而去，同樣，通過測定光譜線「紫移」或者「紅移」的程度，我們就能計算出這顆恆星趨近或者離去的速度，這個速度被稱為「視向速度」。
光譜圖，下端深紫色，上端深紅色明白了什麼是「紅移」，就要說到我們的宇宙了。天文學家通過觀察發現，目前所觀察到的銀河系以外的天體，幾乎所有的天體都有「紅移」現象，越是離我們距離遠的，「紅移」現象越嚴重，即紅移量與距離成正比。發現了這種現象，相當程度印證了愛因斯坦的廣義相對論，廣義相對論定義我們的宇宙是在不斷地膨脹中。科學家經過反推，既然宇宙在膨脹，所有天體都在互相遠離，根據「空間隨時間而膨脹」的理論，那麼在膨脹開始前，空間應該源於一個點，這個點被定義為「奇點」。目前主流的宇宙起源說正是源於此——一個密度無限大的「奇點」發生了爆炸，隨著時間的推移，空間在不斷膨脹，直到現在。這就是「大爆炸宇宙學說」。
用氣球模擬宇宙膨脹原理想要更直觀的理解大爆炸學說，可以做一個簡單的試驗：找一個癟的氣球，用筆在上面點上無數個點，當氣球開始充氣膨脹時，你會發現氣球上的每個點之間的距離都變大了，如果你的氣球能膨脹得無限大，那麼每個點的間距也會無限大。這就是我們的宇宙現狀。
用氣球模擬宇宙膨脹