銀河系の各渦状腕は(他の全ての渦巻銀河と同様に)対数螺旋
銀河系の各渦状腕は(他の全ての渦巻銀河と同様に)対数螺旋を描いており、そのピッチは約12度である。銀河系には銀河中心から伸びた4本の渦状腕が存在すると考えられていて、それぞれ以下の名称が付けられている
2, 8 - 3kpc腕・ペルセウス腕
3, 7 - じょうぎ腕・ はくちょう腕(新たに発見された 6 の腕が続いていると考えられている)
4, 10 - みなみじゅうじ腕・たて腕
5, 9 - りゅうこつ腕 and いて腕
また、これ以外に二つの小さな腕や弧が存在する。代表的なものは以下の腕である。
11 - オリオン腕(太陽系 (12) を含む)
銀河系のディスクは古い恒星や球状星団からなる回転楕円体のハローに取り囲まれている。ハローの直径は約25万 - 40万光年である[6]。ディスクにはガスや塵が含まれ、いくつかの波長では見通すことができないが、ハローにはそのような物質はほとんどない。ディスク(特に物質密度の高い渦状腕の内部)では活発な星形成が行なわれているが、ハローでは星形成はほとんど見られない。散開星団も主にディスクに存在している。
銀河系の質量のほとんどはダークマターで、約6000億 - 3兆太陽質量のダークハローを形成している。ダークハローは銀河中心に向かって密度が高くなっている[3]。
21世紀初頭の発見によって、銀河系の構造についての知識は広がりつつある。2005年、アンドロメダ銀河 (M31) のディスクがそれまで考えられていたよりもずっと大きく広がっていることが発見され[7]、銀河系のディスクもそれまでの推定より大きい可能性が高まっている。このことは、はくちょう腕がさらに外側に続いていることが発見されたことからも裏付けられている[8]。また、いて座矮小楕円銀河の発見と同時に、銀河の「破片」からなる帯がいて座を中心として極軌道を描いて取り巻いていることが発見され、これはこの伴銀河が銀河系との相互作用によって分裂しつつある姿であることが明らかになっている。同様におおいぬ座矮小銀河の発見に伴って、この銀河と銀河系との相互作用で生じた銀河の小片がリングとなって銀河系のディスクを取り巻いているのも見つかっている。
2006年1月9日、プリンストン大学の Mario Juric 他はスローン・デジタル・スカイサーベイの北天のデータから、天の川の中に現在考えられている銀河系のモデルに合わない巨大な(満月の約5,000倍の面積に広がっている)淡い構造を発見したと発表している。この構造は恒星の集団で、銀河系の渦状腕の面に対してほぼ垂直に広がっている。彼らはこの構造についての可能性の高い解釈として、矮小銀河が銀河系と合体しつつある姿ではないかとしている。この銀河は暫定的に Virgo Stellar Stream と名付けられ、おとめ座の方向に約3万光年離れた位置に存在している。
2006年5月9日には Daniel Zucker と Vasily Belokurov が、同様にスローン・デジタル・スカイサーベイのデータからりょうけん座とうしかい座の位置に2個の矮小銀河を発見したと発表している。
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