Základem Hubbleova průlomu bylo využití vztahu perioda-svítivost klasických cefeid, objeveného Henriettou Swan Leavittovou v roce 1912 pro Malý Magellanův oblak:

Na 100palcovém Hookerově teleskopu ($D = 2,54\text{ m}$) na Mount Wilson Hubble nalezl 6. října 1923 proměnnou hvězdu označenou jako V1 v M31. Hvězda měla periodu pulsace $P \approx 31,4\text{ dne}$ a zdánlivou magnitudu $m_V \approx 18,5$ až $19,0$. Z tehdejší kalibrace odvodil vzdálenost:

Přestože moderní hodnota vzdálenosti Andromedy je $778 \pm 17\text{ kpc}$ ($2,54\text{ milionu světelných let}$) v důsledku pozdějšího rozlišení cefeid populace I a II Walterem Baadem v roce 1952 a korekce mezihvězdné extinkce, původní Hubbleova hodnota byla víc než dostatečná k jednoznačnému prokázání extragalaktické podstaty M31.

V roce 1929 publikoval Hubble v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) přelomový článek:

"A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-Galactic Nebulae"

Analyzoval vzorek 24 galaxií, pro něž měl k dispozici radiální rychlosti $v$ změřené ze spektrálního posuvu (převážně Vestem Slipherem) a odhady vzdáleností $r$ z cefeid a nejjasnějších hvězd. Hubble nalezl striktně lineární vztah:

s původní hodnotou:

Tato hodnota byla přibližně sedmkrát vyšší než moderní hodnota ($\sim 70\text{ km s}^{-1}\text{Mpc}^{-1}$). Důvodem byla záměna nejjasnějších zářících hvězd za nerozlišené H II oblasti v klastrech a Baadeho nerozlišení dvou populací cefeid. Důsledkem této vysoké hodnoty byl paradox stáří vesmíru: Hubbleův čas $t_H \equiv 1/H_0 \approx 1,8\text{ miliardy let}$ byl menší než známé stáří zemských hornin určené radioaktivním datováním ($> 3\text{ miliardy let}$). Tento rozpor byl vyřešen teprve v 50. letech korekcí vzdálenostního žebříku.

V monografii The Realm of the Nebulae (1936) Hubble představil systematické morfologické schéma galaxií:

1. Eliptické galaxie (E0 až E7): Tříděné podle elipticity $\epsilon = 1 - b/a$, kde označení je $10 \times (1 - b/a)$. E0 je kruhová, E7 vysoce zploštělá.
2. Čočkovité galaxie (S0): Přechodový typ s diskem a centrální výdutí, avšak bez spirálních ramen a významného plynu.
3. Běžné spirální galaxie (Sa, Sb, Sc): Od těsně navinutých ramen a dominantní výdutě (Sa) po otevřená ramena a malou výduť (Sc).
4. Spirální galaxie s příčkou (SBa, SBb, SBc): Ramena vycházející z konců centrální protáhlé příčky.
5. Nepravidelné galaxie (Irr).