3.1.5 旋转曲线和暗物质晕：银河系中的恒星和气体绕其中心进行差异性旋转，这意味着旋转周期随位置而变化，与其他旋涡星系或棒旋星系的典型情况一样，银河系中大多数恒星的轨道速度与它们距中心的距离没有很大关联。远离中央核球或外缘的区域，典型的恒星轨道速度为210±10 km/s，因此典型恒星的轨道周期仅与所行路径的长度成正比。这与太阳系内的情况不同，在太阳系中，两体引力动力学占主导作用，不同的轨道具有显着不同的速度。但银河系旋转曲线的表现与太阳系大相径庭，靠近银河系中心的轨道速度太低，而在7 kpc距以外的速度则过高，无法与万有引力定律所预测的结果相匹配。
如果银河系只包含观测到的恒星、气体和其他普通重子物质，其旋转速度将随着距中心距离的增加而减小。然而实际观测到的旋转曲线在远处相对平坦，表明存在额外的质量提供旋转速度，但这些质量无法通过电磁辐射被直接探测到——这种现象差被归因于暗物质。并且，银河系的旋转曲线与旋涡星系通用旋转曲线一致，这是证明星系中存在暗物质的最有力证据。然而也有少数天文学家提出，通过修改引力定律也可以解释观测到的旋转曲线。
星系周边的暗物质组成一个巨大而不可见的结构，被称作暗物质晕，其质量远远超过可见光部分的质量。根据现代宇宙学理论，暗物质晕的形成过程遵循层级化或“自底向上”的模式，即较小的暗物质晕通过引力塌缩和合并逐渐形成更大的晕。在这一过程中，密度扰动在达到临界密度后会从宇宙膨胀中反向塌缩，形成维里化的暗物质晕。这些暗物质晕可以通过吸积周围物质或与其他晕合并来增加质量和尺寸，并可能产生子晕。
银河系的暗物质晕形状接近球形的扁椭球，这与银盘翘曲现象有关。通常认为，银盘的翘曲是由于外盘物质的旋转平面偏离了包裹它的暗物质晕的对称平面导致的。这种倾斜的转动银盘就像一个旋转的陀螺，受到暗物质晕施加的引力矩而产生进动。此外，银河系的暗物质晕还包含一些较小尺寸的暗物质团块，称为暗物质子晕，有的还会包裹着一个小质量的矮星系。这些子晕可能会受到中心晕的潮汐力作用，逐渐瓦解并合到中心晕中，从而导致中心晕质量随时间增长。
3.1.6 太阳系位置：太阳系位于猎户座旋臂靠近内侧边缘的位置上，距离银河系中心约2.714±0.046万光年，逆时针旋转，绕银心旋转一周约需要2.2亿年。太阳运行的方向基本上是朝向织女星，靠近武仙座的方向，偏离银河中心大约86度。太阳环绕银河的轨道大致是椭圆形的，但会受到旋臂与质量分布不均匀的扰动而有些变动。目前，太阳位于银河盘中央平面以北或以南5~30 kpc（16~98光年）处，这个位置处于银河系宜居带内。
太阳系大约每2.25～2.5亿年在轨道上绕行一圈，可称为一个银河年。因此以太阳的年龄估算，太阳已经绕行银河18~20圈，在人类起源后已完成了1/1250圈。太阳的轨道速度是2m/s，正朝向黄道星座天蝎座的方向前进，换言之每8天就可以移动1个天文单位，1400年可以运行约1光年的距离。
在距太阳15 pc（约49光年）的球形区域内，绝对星等比8.5星等更亮的恒星约有208颗，恒星密度为每69 pc3一颗(约2360立方光年)一颗。另外在距太阳5pc（约16光年）范围内，已知恒星（不包括4颗棕矮星）有64颗，恒星密度约为每8.2pc3（284立方光年），这说明了暗星远多于亮星：在整个天空中，视星等比4星等更亮的恒星约有500颗，而视星等比14星等更亮的恒星则有1550万颗。
3.2 星系规模：3.2.1 质量：银河系的总质量一般约为8.9x1011~1.54x1012m☉（8900~亿倍太阳质量），但恒星和行星仅占其中的一小部分。银河系质量的估计数值，因使用的方法和数据不同而有所差异，估计范围的下限是5.8x1011m☉，略低于仙女座星系m31的质量。2009年使用甚长基线阵列进行测量，发现银河系外缘恒星的速度高达254km/s，由于轨道速度取决于轨道半径内的总质量，这一数据表明银河系的质量较大，约等于仙女座星系的质量，即在距其中心49 kpc（约16万光年）内的质量约为7x1011m☉。而在2019年的估计中，银河系的最新质量约为1.29x1012m☉。
银河系的大部分质量似乎是暗物质，银河系的数学模型表明暗物质的质量为1~1.5x1012 m☉，而2013年和2014年的研究表明质量范围可能高达4