1905年，赫茨普龙发现恒星有巨星和矮星之分。

1906年，卡普坦为了重新研究恒星世界的结构，提出了“选择星区”计划，后人称为“卡普坦选区”。他于1922年得出与F.W.赫歇耳的类似的模型，也是一个扁平系统，太阳居中，中心的恒星密集，边缘稀疏。在假设没有明显星际消光的前提下，于1918年建立了银河系透镜形模型，太阳不在中心。

到二十年代，沙普利模型已得到天文界公认。由于未计入星际消光效应，沙普利把银河系估计过大。到1930年，***勒证实星际物质存在后，这一偏差才得到纠正。

1913年，赫罗图问世后，按照光谱型和光度两个参量，得知除主序星外，还有超巨星、巨星、亚巨星、亚矮星和白矮星五个分支。科内利斯．伊斯顿再度公布错误的银河系漩涡结构图。

1917年，美国天文学家沙普利（HarlowShapley）用威尔逊山天文台的2.5米反射望远镜研究当时已知的100个球状星团，通过观测其中的造父变星来确定这些球状星团的距离。

1922～1924年美国天文学家哈勃发现，星云并非都在银河系内。哈勃在分析M31仙女座大星云一批造父变星的亮度以后断定，这些造父变星和它们所在的星云距离我们远达几十万光年，因而一定位于银河系外。这项于1924年公布的发现使天文学家不得不改变对宇宙的看法。

1931年—巴德于威尔逊山天文台工作，并开始发展星族的概念。

1943年—威廉．摩根（WilliamMorgan）与光谱学家飞利浦．基南共同发表一套完整的光谱图集来描述各种不同光谱型和光度级的恒星之光谱特征，称为MK（摩根—基南）分类系统。

1944年，巴德通过仙女星系的观测，判明恒星可划分为星族Ⅰ和星族Ⅱ两种不同的星族。星族Ⅰ是年轻而富金属的天体，分布在旋臂上，与星际物质成协。星族Ⅱ是年老而贫金属的天体，没有向银道面集聚的趋向。

1947年—利用MK系统来描绘银河系的旋臂。

1950年—用49个OB型单星及三个OB型星群的距离，无法显现出清楚的旋臂结构。同时受到巴德的启发改而观测描绘银河系中的HII区，并用位于其中的OB型星来定出距离。通过电波观测，发现银河系的星际空间存在着大量气体，尤其是中性氢，它们几乎遍布整个银河系，这些气体发射波长为21厘米的电波。当人们弄清楚了这些中性氢气云在银河系中的分布后，他们便推测了银河系的大致形状，认为那是一个旋窝星系。

1951年—科学家首次发现银河系有3条旋臂。将HII区的位置画在银河系图上，揭示了两个旋臂，分别是猎户臂及英仙臂，并在同年美国天文学会年会上发表，证明了银河系属于漩涡星系型态。